NO123715B

NO123715B -

Info

Publication number: NO123715B
Application number: NO164889A
Authority: NO
Inventors: F Munck
Original assignee: Sverre Munck As
Priority date: 1966-09-26
Filing date: 1966-09-26
Publication date: 1972-01-03
Also published as: US3484014A; BE704120A; FR1547600A; DE1586917A1; JPS4821474B1; GB1151459A

Description

Halvlederdiode. Semiconductor diode.

Foreliggende oppfinnelse angår halvlederdioder, og mer spesielt halvlederdioder av den art som omfatter et hus, et halvlederelement anbragt i huset, samt to kontaktelementer som strekker seg inn i huset. The present invention relates to semiconductor diodes, and more particularly to semiconductor diodes of the kind that comprise a housing, a semiconductor element placed in the housing, and two contact elements that extend into the housing.

Diodelikerettere som anvender halvlederdioder, har vært på markedet i mange år, men har ikke vist seg særlig tilfredsstillende hverken med hensyn til pris eller driftsegenskaper. F. eks. har strømgjen-nomgangsevnen for slike dioder vært liten sammenlignet med deres utvendige mål. Videre har slike dioders evne til å spre eller bortlede varmen som genereres i dioden vært meget liten. En av årsakene til den høye prisen for slike dioder har vært at en vesentlig del av diodene ødelegges under fremstillingen. Diode rectifiers using semiconductor diodes have been on the market for many years, but have not proven to be particularly satisfactory either in terms of price or operating characteristics. For example the current passing capability of such diodes has been small compared to their external dimensions. Furthermore, the ability of such diodes to dissipate or dissipate the heat generated in the diode has been very small. One of the reasons for the high price for such diodes has been that a significant part of the diodes is destroyed during manufacture.

Halvlederdioder av hittil kjente typer Semiconductor diodes of previously known types

er også meget skjøre og må derfor behand- are also very fragile and must therefore treat

les forsiktig i bruk, men ødelegges likevel ofte. read carefully in use, but is still often destroyed.

Det er hovedformålet for foreliggende oppfinnelse å tilveiebringe en ny og forbedret halvlederdiode som har høy strøm-gjennomgangsevne i forhold til de utvendige mål, som har et godt frem- og tilbake-istrømsforhold, og som fremstilles til en pris som ligger betraktelig under prisen til tidligere kjente halvlederdioder. It is the main purpose of the present invention to provide a new and improved semiconductor diode which has a high current-through capability in relation to the external dimensions, which has a good forward and backward current ratio, and which is manufactured at a price that is considerably below the price of previous known semiconductor diodes.

Et annet formål for oppfinnelsen er å tilveiebringe en halvlederdiode med små dimensjoner, som er robust og pålitelig i drift, og som kan anvendes under meget krevende driftsforhold, f. eks. slike driftsforhold som foreligger i apparater som anvendes i fly, raketter og andre luftfartøyer. Another object of the invention is to provide a semiconductor diode with small dimensions, which is robust and reliable in operation, and which can be used under very demanding operating conditions, e.g. such operating conditions as exist in devices used in aircraft, rockets and other aircraft.

Halvlederdioden ifølge oppfinnelsen er The semiconductor diode according to the invention is

av den art som omfattter et hus, et haiv-lederelement anbragt i huset, et første kontaktelement som strekker seg delvis inn i huset, slik at den ene siden av halvlederelementet er forbundet med huset, et metallstykke som er forbundet med halvlederelementet ved den motsatte siden av den forannevnte side, samt et annet kontaktelement som er isolert fra det førstnevnte kontaktelement, og som er elektrisk forbundet med metallstykket, og halvlederdioden ifølge oppfinnelsen karakteriseres ved at nevnte metallstykke omfatter aluminium samt en tilstrekkelig stor prosent- of the kind comprising a housing, a haiv conductor element disposed in the housing, a first contact element extending partially into the housing so that one side of the semiconductor element is connected to the housing, a metal piece that is connected to the semiconductor element at the opposite side of the aforementioned side, as well as another contact element which is isolated from the first-mentioned contact element, and which is electrically connected to the piece of metal, and the semiconductor diode according to the invention is characterized by said piece of metal comprising aluminum as well as a sufficiently large percentage

vis andel trinn, slik at metallstykket blir forholdsvis mykt, og slik at det hindrer at halvlederen sprekker ved avkjøling. show proportion of steps, so that the piece of metal becomes relatively soft, and so that it prevents the semiconductor from cracking on cooling.

En foretrukket utførelsesform for en halvlederdiode ifølge oppfinnelsen karakteriseres videre ved at det andre kontakt-elementet forsynes med en forholdsvis stor overflatedel som presses ettergivende i kontakt med metallstykket, slik at det tilveiebringes god elektrisk og termisk forbindelse mellom disse. A preferred embodiment of a semiconductor diode according to the invention is further characterized in that the second contact element is provided with a relatively large surface part which is pressed yieldingly into contact with the metal piece, so that a good electrical and thermal connection is provided between them.

Andre trekk og fordeler ved oppfinnel- Other features and benefits of invention

sen vil fremgå av den følgende beskrivelse i forbindelse med hostående tegning, som viser et par utførelsesformer for oppfinnel- will be apparent from the following description in connection with the accompanying drawing, which shows a couple of embodiments of the invention

sen. Late.

På tegningene viser: The drawings show:

Flg. 1 et perspektivriss av halvlederdioden ifølge oppfinnelsen, Follow 1 a perspective view of the semiconductor diode according to the invention,

fig. 2 et riss av dioden vist på fig. 1 fig. 2 a diagram of the diode shown in fig. 1

langs linjen 2—2 på denne, along the line 2—2 on this,

fig. 3 et riss av dioden vist på fig. 1 fig. 3 a diagram of the diode shown in fig. 1

langs linjen 3—3 på fig. 2, idet en antar at hele likeretteren vises på fig. 2, along the line 3-3 in fig. 2, assuming that the entire rectifier is shown in fig. 2,

fig. 4 et perspektivriss av en del av en anode som passer for anvendelse ved en diode ifølge oppfinnelsen, idet de forskjellige deler er tatt fra hverandre, fig. 4 a perspective view of a part of an anode suitable for use with a diode according to the invention, the different parts being taken apart,

fig. 5 et tverrsnitt av en alternativ ut-førelsesform for en halvlederdiode ifølge den foreliggende oppfinnelse, og fig. 5 a cross-section of an alternative embodiment of a semiconductor diode according to the present invention, and

fig. 6 et perspektivriss av en P-N halvlederforbindelse som passer til å brukes ved diodene vist på fig. 1 og 5. fig. 6 is a perspective view of a P-N semiconductor junction suitable for use with the diodes shown in fig. 1 and 5.

Som det fremgår av fig. 1 og 2 består en halvlederdiode 10 av et hermetisk forseglet hus, som inneholder en P-N halvlederforbindelse 11. Huset er forsynt med motsatt rettede aksielle kontaktelementer eller tapper 12 og 13, som er forbundet henholdsvis til de motsatte sider på halvlederen 11. Tappene 12 og 13 er utstyrt med utvendige gjenger som vist og fordi de er fast festet til diodehuset, kan de anvendes for fysisk befestigelise til dioden 10 såvel som for en operativ forbindelse til denne i et elektrisk skjema. Og i tillegg til dette kan tappene 12 og 13 festes eller for-bindes til passende utvendige varmespre-dere (ikke vist) for å gjøre dioden 10 i stand til å kunne anvendes ved meget sterke strømgjennomganger ved at en forholdsvis stor varmemengde overføres til det omkringliggende medium. As can be seen from fig. 1 and 2, a semiconductor diode 10 consists of a hermetically sealed housing, which contains a P-N semiconductor connection 11. The housing is provided with oppositely directed axial contact elements or pins 12 and 13, which are connected respectively to the opposite sides of the semiconductor 11. The pins 12 and 13 are equipped with external threads as shown and because they are firmly attached to the diode housing, they can be used for physical attachment to the diode 10 as well as for an operative connection to this in an electrical scheme. And in addition to this, the pins 12 and 13 can be fixed or connected to suitable external heat spreaders (not shown) to make the diode 10 capable of being used in very strong current flows by transferring a relatively large amount of heat to the surrounding medium.

Ifølge foreliggende oppfinnelse, og best vist på fig. 2, er koblingstappene 12 og 13 utstyrt med utovergående varmeavgivende flenser 15 og 16 som er anbragt over de motsatte ender på en isolerende ende 17. Hylsen 17 kan utformes av passende keramisk materiale og et hermetisk tett segl kan tilveiebringes, på enhver passende måte, mellom hylsen 17 og flensene 15 og 16. Ved utførelsen av oppfinnelsen som illu-strert på fig. 2, er et par flate silikonstopp-skiver 20 sementert eller limt til hyllsen 17 og til flensene 15 og 16 for å tilveiebringe dette segl. Og fordi en solid mekanisk forbindelse mellom befestiglsestappene eller koblingsstykkene 12 og 13 og hylsen 17 er ønskelig, er gjengete tapper 18 og 19 henholdsvis anbragt på innsiden av flensene 15 og 16 for å mottas i den gjengete boring i hylsen 17. Flensdelene 15 og 16 kan strek-kes utover de utvendige kantene på hylsen 17 for således å tilveiebringe en stor varmeutstrålende overflate. I tillegg til dette kan flensene 15 og 16 være utstyrt med heksagonale flater på de utovergående kantene for å muliggjøre anvendelsen av konvensjonelle nøkler for sammensetting og befestigelse av dioden 10 til tilhørende apparater. According to the present invention, and best shown in fig. 2, the coupling pins 12 and 13 are provided with outwardly extending heat dissipating flanges 15 and 16 which are placed over the opposite ends of an insulating end 17. The sleeve 17 may be formed of suitable ceramic material and a hermetically sealed seal may be provided, in any suitable manner, between the sleeve 17 and the flanges 15 and 16. In carrying out the invention as illustrated in fig. 2, a pair of flat silicone stop washers 20 are cemented or glued to the sleeve 17 and to the flanges 15 and 16 to provide this seal. And because a solid mechanical connection between the fastening studs or coupling pieces 12 and 13 and the sleeve 17 is desired, threaded studs 18 and 19 are respectively placed on the inside of the flanges 15 and 16 to be received in the threaded bore in the sleeve 17. The flange parts 15 and 16 can is extended beyond the outer edges of the sleeve 17 to thus provide a large heat-radiating surface. In addition to this, the flanges 15 and 16 may be provided with hexagonal surfaces on the outward edges to enable the use of conventional keys for assembling and securing the diode 10 to associated apparatus.

Halvlederen 11 er fortrinnsvis en skive-formet P-N forbindelse av forholdsvis liten tykkelse og har en halvlederforbindelse som. er i det vesentlige parellell med og anbragt i overgangen med skivens ytre overflate. Et metallstykke 23 er sentrisk anbragt på den ene siden av halvlederen 11 og er bun-det eller knyttet til det tilstøtende overfla-testykket på denne over en forholdsvis stor flate. Som det best ses av fig. 3, er stykket 23 montert i avstand fra kantene på halv-lederskiven for således å tilveiebringe en stor lekkasjemotstandsvei mellom de motsatte sider av halvlederen 11. Den siden av skiven på hvilken stykket 23 skal plaseres, beror vanligvis på den spesielle teknikk som er anvendt ved utformingen av P-N forbindelsen. F. eks., hvis forbindelsen er laget ved en legeringsprosess hvor aksep-terer pålegges den ene siden av en krys-tallskive av N-typen, er det mest praktisk å plasere metallstykket på P-siden av halvlederen 11. På den annen side, hvis an-givere (donorer) er påført en P-type krystall for å lage halvlederforbindelsen, er metallstykket vanligvis påført N-siden av halvlederen 11. For enkelhets skyld skal dioden ifølge oppfinnelsen beskrives, idet det antas at halvlederen 11 er utført med metallstykket 23 på P-siden av forbindelsen. The semiconductor 11 is preferably a disc-shaped P-N connection of relatively small thickness and has a semiconductor connection which. is essentially parallel to and placed in the transition with the disc's outer surface. A metal piece 23 is centrally placed on one side of the semiconductor 11 and is bonded or connected to the adjacent surface piece on this over a relatively large surface. As can best be seen from fig. 3, the piece 23 is mounted at a distance from the edges of the semiconductor wafer so as to provide a large leakage resistance path between the opposite sides of the semiconductor 11. The side of the wafer on which the piece 23 is to be placed usually depends on the special technique used in the design of the P-N connection. For example, if the connection is made by an alloying process where acceptors are applied to one side of an N-type crystal wafer, it is most convenient to place the piece of metal on the P side of the semiconductor 11. On the other hand, if indicators (donors) are applied to a P-type crystal to make the semiconductor connection, the metal piece is usually applied to the N side of the semiconductor 11. For simplicity, the diode according to the invention will be described, assuming that the semiconductor 11 is made with the metal piece 23 on the P side of the connection.

Som vist, er N-siden på halvlederen. 11 sentrisk med og festet, f. eks. ved lodding, til en anleggsflate på en aksiell blokk 24 som strekker seg ut fra tappen 18. Ved dioden 10 er derfor tappen eller kontakten As shown, the N side is on the semiconductor. 11 centric with and attached, e.g. by soldering, to a contact surface on an axial block 24 which extends from the pin 18. In the case of the diode 10, therefore, the pin or the contact

12, som er forbundet til N-siden på halvlederen 11, katodekontakten, og tappen eller kontakten 13 som er elektrisk forbundet med P-siden på halvlederen 11, anodekontakten. 12, which is connected to the N side of the semiconductor 11, the cathode contact, and the pin or contact 13 which is electrically connected to the P side of the semiconductor 11, the anode contact.

For å muliggjøre overføring av sterke strømmer av størrelsesorden 5 Amp. gjennom halvlederen 11, er en stor flatekon-takt fremskaffet mellom tappen 13 og P-siden på halvlederen 11. Ved en praktisk prøve av oppfinnelsen var denne kontaktflate av størrelsesorden 0,2 cm<2>. Ved de fleste tidligere kjente typer halvledere er denne forbindelsen i form av en meget tynn metalltråd eller «føler» som har en ut-pekende ende som berører halvlederen. Siden en slik føler ikke er i stand til å føre sterke strømmer, er ikke slike dioder hen-siktsmessige ved mange anvendelser. En annen viktig fordel ved den foreliggende konstruksjon er at ved å skaffe en forbindelse med stor tverrnittsflate mellom anodekontakten 13 og halvlederen 11, er eni god varmeledningsvei fremskaffet fra halv- j lederforbindelsen til den varmeutstrålende. overflaten på kontakten 13, dvs. til flensen 16 og til enhver utvendig anbragt varme-spreder (ikke vist) som kan stå i forbindelse med kontakten 13. To enable the transmission of strong currents of the order of 5 Amp. through the semiconductor 11, a large surface contact is provided between the pin 13 and the P side of the semiconductor 11. In a practical test of the invention, this contact surface was of the order of 0.2 cm<2>. In the case of most previously known types of semiconductors, this connection is in the form of a very thin metal wire or "sensor" which has a pointed end that touches the semiconductor. Since such a sensor is not capable of conducting strong currents, such diodes are not appropriate in many applications. Another important advantage of the present construction is that by providing a connection with a large cross-sectional area between the anode contact 13 and the semiconductor 11, a good heat conduction path is provided from the semiconductor connection to the heat radiating one. the surface of the contact 13, i.e. to the flange 16 and to any externally placed heat spreader (not shown) which may be in connection with the contact 13.

For å tilveiebringe den store kontakt-flaten til metallstykket 23 på halvlederen 11 er en kontaktknapp 26 som har et stort forsideareal 26a, elektrisk forbundet over en bøyelig ledende kabel 27 med tappen 13. Som vist, er forsidearealet 26a flatt, men det vil være klart for fagfolk at under visse omstendigheter kan det være ønskelig å anvende andre konturer på knappen, som f. eks. en konkav eller irregulær utforming. Imidlertid er det nødvendig, likegyldig hvilken form forsidearealet 26a har, at knappen 26 berører bare metallstykket 23 og ikke den utsatte overflaten på halvleder-krystallet. In order to provide the large contact surface to the metal piece 23 on the semiconductor 11, a contact button 26 having a large face area 26a is electrically connected via a flexible conductive cable 27 to the pin 13. As shown, the face area 26a is flat, but it will be clear for those skilled in the art that under certain circumstances it may be desirable to apply other contours to the button, such as e.g. a concave or irregular design. However, it is necessary, regardless of the shape of the face area 26a, that the button 26 touches only the metal piece 23 and not the exposed surface of the semiconductor crystal.

Ifølge et annet særtrekk ved den foreliggende oppfinnelsen, er metallstykket 23 forholdsvis bløtt, slik at når kontaktknappen 26 presses mot denne, deformeres metallstykket 23 delvis og sikrer derved at en stor kontaktflate oppnås. Det kan således ses at en har fremskaffet en god varmeledende vei til kontaktstykket 13 for varmen som genereres i halvlederforbindelsen Det er en like god varmeledende vei fra denne halvlederforbindelsen til katodekontakten 12. Imidlertid overføres i praksis mesteparten av den varmen som genereres gjennom anodekontakten 13. According to another distinctive feature of the present invention, the metal piece 23 is relatively soft, so that when the contact button 26 is pressed against it, the metal piece 23 is partially deformed and thereby ensures that a large contact surface is obtained. It can thus be seen that a good heat-conducting path to the contact piece 13 has been provided for the heat generated in the semiconductor connection. There is an equally good heat-conducting path from this semiconductor connection to the cathode contact 12. However, in practice most of the heat generated is transferred through the anode contact 13.

Siden dioden 10 er tenkt brukt ved anvendelser hvor temperaturen varierer over et stort område, er kontaktknappen 26 presset mot metallstykket 23 på en ettergivende måte ved hjelp av en sammen-trykkbar stoppskive 28, slik at halvlederen 11, når kontaktoppbyggingen bestående av tappene 18 og 19, flensene 15 og 16 og kontaktene 12 og 13 utvider seg og trekker seg sammen i samsvar med temperatur-forandringene, ikke er utsatt for farlige kompresjonskrefter som lett kan bringe halvlederen til å sprekke eller skades på annen måte. Mer detaljert er kontakten 13 utstyrt med en sentral utskjæring 29 gjennom hvilken den bøyelige leder 27 strekker seg fritt. Kontaktknappen 26 holdes i tilnærmet fast stilling i forhold til halvlederen 11 ved hjelp av en aksial tapp 30 på denne som strekker seg inn i utskjæringen 29 og er festet i innerenden på denne til lederen 27. Fortrinsvis er en løs pak-ning tilvelebragt mellom tappen 30 på kontaktknappen 26 og utskjæringen 29 i kontaktstykket 13. Som vist kan innerenden av kabelen 27 festes til tappen 30 på kontaktknappen 26 ved å lodde dennes ende til det utborede aksielle hull 30a utført i enden av tappen 30. Lederen 27 loddes til enden av kontakten 13 for således å full-føre den elektriske vei og varmeveien fra kontaktknappen 26 til anodekontakten 13. Fortrinnsvis er lederen 27 laget av en flettet kabel bestående av en mangfoldighet av forholdsvis tynne ledende tråder, for således å tilveiebringe den nødvendige bøyelige forbindelsen mellom kontakten 13 og kontaktknappen 26. Kontaktknappen 26 er derfor bevegelig over en liten aksiell distanse mot og fra halvlederen 11. Kon-troll av størrelsen av den kraften som ut-øves mot kontaktknappen 26 for å presse denne mot metallstykket 23 når flensen 16 på anodekontakten 13 er bragt opp tett mot den tilstøtende enden på hylsen 17, er fremskaffet ved hjelp av den sammentrykkbare stoppskiven 28. Stoppskiven 28 er fortrinnsvis laget av silikon siden dette materiale beholder sin sammentrykkbarhet ved de høye temperaturer som dioden 10 kan brukes under. Det må imidlertid selvfølge-lig forstås at hvis temperaturen eller andre driftsforhold tillater det, kan en anvende en gummistoppskive eller til og med anvende en metallisk fjær for det ovennevnte formål. Since the diode 10 is intended to be used in applications where the temperature varies over a large range, the contact button 26 is pressed against the metal piece 23 in a yielding manner by means of a compressible stop disc 28, so that the semiconductor 11 reaches the contact structure consisting of the pins 18 and 19 , the flanges 15 and 16 and the contacts 12 and 13 expand and contract in accordance with the temperature changes, are not subjected to dangerous compression forces that could easily cause the semiconductor to crack or otherwise be damaged. In more detail, the contact 13 is equipped with a central cutout 29 through which the flexible conductor 27 extends freely. The contact button 26 is held in an approximately fixed position in relation to the semiconductor 11 by means of an axial pin 30 on this which extends into the cut-out 29 and is fixed at the inner end of this to the conductor 27. Preferably, a loose gasket is provided between the pin 30 on the contact button 26 and the cut-out 29 in the contact piece 13. As shown, the inner end of the cable 27 can be attached to the pin 30 of the contact button 26 by soldering its end to the drilled axial hole 30a made in the end of the pin 30. The conductor 27 is soldered to the end of the contact 13 in order to thus complete the electrical path and the heat path from the contact button 26 to the anode contact 13. Preferably, the conductor 27 is made of a braided cable consisting of a plurality of relatively thin conductive wires, in order to thus provide the necessary flexible connection between the contact 13 and the contact button 26. The contact button 26 is therefore movable over a small axial distance towards and from the semiconductor 11. Control of the size of the the force which is exerted against the contact button 26 to press it against the metal piece 23 when the flange 16 of the anode contact 13 is brought up close to the adjacent end of the sleeve 17, is provided by means of the compressible stop disc 28. The stop disc 28 is preferably made of silicone since this material retains its compressibility at the high temperatures at which the diode 10 can be used. However, it must of course be understood that if the temperature or other operating conditions permit, a rubber stop disc or even a metallic spring can be used for the above purpose.

Et hermetisk tett segl kan mest passende fremskaffes mellom den flettede kabel 27 og kontaktstykket 13 ved å plasere enden 27a på kabelen i umiddelbar nær-het av enden av kontaktstykket 13 og deretter lodde kabelen 27 til kontaktstykket 13 ved å dyppe hele forbindelsen ned i en dam bestående av smeltet loddemetall. A hermetic seal can most conveniently be provided between the braided cable 27 and the connector 13 by placing the end 27a of the cable in close proximity to the end of the connector 13 and then soldering the cable 27 to the connector 13 by immersing the entire connection in a pond consisting of molten solder.

Ved den utførelsen av oppfinnelsen som ovenfor er beskrevet i forbindelse med dioden 10, er halvlederen 11 festet inne i en hermetisk forseglet kapsel og begge sider av halvlederen er direkte forbundet over store tverrsnittsflater til temmelig massive elektrodekontakter 12 og 13. Som følge av det faktum at tappene 18 og 19 på kontaktene 12 og 13 strekker seg et betraktelig stykke inn i hylsens 17 utboring, kan en anvende en forholdsvis lang hylse og flensene 15 og 16 kan spres vidt fra hverandre, og således muliggjøre en utvendig varmeavledningsvei mellom flensene 15 og 16 tvers over den ytre overflaten på hylsen In the embodiment of the invention described above in connection with the diode 10, the semiconductor 11 is fixed inside a hermetically sealed capsule and both sides of the semiconductor are directly connected over large cross-sectional areas to rather massive electrode contacts 12 and 13. As a result of the fact that the pins 18 and 19 on the contacts 12 and 13 extend a considerable distance into the bore of the sleeve 17, a relatively long sleeve can be used and the flanges 15 and 16 can be spread widely apart, thus enabling an external heat dissipation path between the flanges 15 and 16 across over the outer surface of the sleeve

17 som er tilstrekkelig lang slik at den 17 which is sufficiently long so that it

ikke ødelegges selv under de vanskeligste ytre driftsforhold. Selv om den indre var-meledningsveien i dioden 10 mellom kontakttappene 18 og 19 er forholdvis kort, not destroyed even under the most difficult external operating conditions. Although the internal heat conduction path in the diode 10 between the contact pins 18 and 19 is relatively short,

er denne vei hermetisk forseglet fra om-givelsene og der er ingen nevneverdig av ledningsstrøm over denne ved spenningei som i høy grad overgår de ved hvilke gjen-nomslag kan inntreffe tvers over den ytre avledningsvei under de vanskeligste driftsforhold. this path is hermetically sealed from the surroundings and there is no significant line current across it at voltages that greatly exceed those at which breakdowns can occur across the outer conduction path under the most difficult operating conditions.

For å redusere prisen på dioden 10 for anvendelser hvor de omgivende driftsforhold er mer eller mindre ideelle, kan hylsen 17 lages av et porøst isolerende materiale som f. eks. såkalt plast, og hermetisk tette segl behøver ikke å anvendes mellom endene på hylsen 17 og de resp. kontaktflenser 15 og 16. Under de fleste driftsforhold er det imidlertid ønskelig at halvlederen 11 anbringes i et hermetisk tett kammer. In order to reduce the price of the diode 10 for applications where the ambient operating conditions are more or less ideal, the sleeve 17 can be made of a porous insulating material such as e.g. so-called plastic, and hermetically sealed seals do not need to be used between the ends of the sleeve 17 and the resp. contact flanges 15 and 16. Under most operating conditions, however, it is desirable that the semiconductor 11 be placed in a hermetically sealed chamber.

Selv om halvlederforbindelsen 11 kan bestå av ethvert passende halvledermateri-ale som f. eks. germanium, silikon osv. er det ønskelig på grunn av det faktum at silikon har en større strømbærende evne enn germanium og andre brukbare halv-ledermaterialer, at halvlederen 11 består av silikon med de nødvendige forurens-ningstilsetninger for å lage en P.-N.-forbindelse i overgangen mellom de mot-stående sider av denne. Although the semiconductor connection 11 can consist of any suitable semiconductor material such as, for example germanium, silicon, etc. it is desirable, due to the fact that silicon has a greater current-carrying capacity than germanium and other usable semiconductor materials, that the semiconductor 11 consists of silicon with the necessary impurity additions to make a P.-N. - connection in the transition between the opposite sides of this.

Ifølge et annet viktig formål ved den foreliggende oppfinnelse er det tilveiebragt en forbedret metode for å fremstille en P-N forbindelse silikon halvleder, og denne metode skal nå beskrives i forbindelse med halvlederen vist perspektivisk på fig. 6. Halvlederen som her er vist, består av en rektangulær silikonskive 40 som har en P-N forbindelse i et plan 41 som stoller den positive eller P-delen på halvlederen som er anbragt på toppen av krystallet, som vist på fig. 6, og den negative eller N-delen av krystallet 40 som er anbragt ved bunnen som vist på fig. 6. Det vil forstås av fagfolk at halvlederforbindelsen ikke er absolutt plan, men kan ha forskjellige grader av ujevnhet beroende i høy grad på den fremstillingsteknikk som anvendes ved formingen. Ved denne be-skrivelsen skal en imidlertid anta at halvlederen er plan. Hele krystallskiven 40 som er vist rektangulær, men som kan være sirkulær eller av enhver annen form, er til å begynne med avkuttet fra et større enkelkrystall av N-typen silikon. Dette krystall kan dannes ifølge velkjente me-toder fra et silikonmetall som inneholder en kontrollert mengde av passende donor-urenheter som f. eks. antimon. For å danne forbindelsen tilsettes en kontrollert mengde akseptorer som tilsettes på oversiden av krystallet 40 ved først å plasere en metallisk flekk bestående av aluminium og gallium på oversiden av denne og deretter plasere en annen metallisk flekk bestående i det vesentlige av rent tinn på oversiden av den første flekken og deretter opphete hele enheten. Hvis ønsket, kan en plasere et tynt folie tinn under krystallet 40 slik at der dannes en i det vesentlige ohmsk forbindelse til bunnen av krystallet, når det opphetes. For å opphete enheten heves det til en temperatur på omtrent 950° C, slik at aluminiumet og de tilstøtende deler av silikonkrystallet 40 danner en aluminium-silikon eutektisk sammensetning som smelter og tillater galliumet, som tilføres ak-septorene til krystallet 40, og oppløses inne i den øvre delen av silikonkrystallet. Ved denne temperatur smelter tinnet og sprer seg utover flekken og bløter denne opp slik at når enheten avkjøles og silikonet rekrystalliseres, sprekker ikke krystallet 40 eller den bringes ikke på annen måte i indre spenninger på grunn av forskjellen i utvidelseskoeffisienter av silikonkrystallet og av flekken. Ved fraværet av tinn er flekken 23 forholdsvis hard, og dette med-fører en permanent indre spenning i halv-lederkrystallet når enheten kjøler etter opphetningen. Tilstedeværelsen av tinn i flekken 23 bløter denne opp og eliminerer derved disse uønskete indre spennings-mønstre. Videre sikrer — som antydet ovenfor — den bløte flekken en god varme-og strømledende forbindelse mellom krystallet og anodekontakten. According to another important object of the present invention, an improved method for producing a P-N compound silicon semiconductor has been provided, and this method will now be described in connection with the semiconductor shown in perspective in fig. 6. The semiconductor shown here consists of a rectangular silicon disk 40 which has a P-N connection in a plane 41 which solidifies the positive or P part of the semiconductor which is placed on top of the crystal, as shown in fig. 6, and the negative or N part of the crystal 40 which is placed at the bottom as shown in fig. 6. It will be understood by those skilled in the art that the semiconductor connection is not absolutely flat, but can have different degrees of unevenness depending to a large extent on the manufacturing technique used in the forming. In this description, however, it must be assumed that the semiconductor is planar. The entire crystal wafer 40, which is shown rectangular but may be circular or of any other shape, is initially cut from a larger single crystal of N-type silicon. This crystal can be formed according to well-known methods from a silicon metal containing a controlled amount of suitable donor impurities such as e.g. antimony. To form the compound, a controlled amount of acceptors are added to the upper side of the crystal 40 by first placing a metallic spot consisting of aluminum and gallium on the upper side thereof and then placing another metallic spot consisting essentially of pure tin on the upper side thereof first the spot and then heat the whole unit. If desired, a thin tin foil can be placed under the crystal 40 so that an essentially ohmic connection is formed to the bottom of the crystal when it is heated. To heat the device, it is raised to a temperature of about 950°C, so that the aluminum and the adjacent parts of the silicon crystal 40 form an aluminum-silicon eutectic composition which melts and allows the gallium, which is supplied to the acceptors of the crystal 40, and dissolves inside in the upper part of the silicon crystal. At this temperature, the tin melts and spreads beyond the spot and softens it so that when the device cools and the silicone recrystallizes, the crystal 40 does not crack or otherwise become internally stressed due to the difference in coefficients of expansion of the silicon crystal and of the spot. In the absence of tin, the spot 23 is relatively hard, and this leads to a permanent internal voltage in the semiconductor crystal when the device cools after heating. The presence of tin in spot 23 softens it and thereby eliminates these unwanted internal stress patterns. Furthermore, as indicated above, the soft spot ensures a good heat- and current-conducting connection between the crystal and the anode contact.

Mens halvlederen og flekken opphetes, smelter tinnfoliet på bunnen av krystallet 40 og legerer seg med den lavere delen av krystallet og danner en i det vesentlige ohmsk forbindelse, som — som ovenfor beskrevet — besørger loddingen av krystallet til katodekontakten. Selvom tinnet kan tilsettes direkte til aluminium- og gallium-flekken fordi tinn og aluminium ikke er blandbare, er det den foretrukne metode ved dannelsen av en bløt flekk å plasere en ren tinndråpe på toppen av en aluminium- og galliumflekk som først plaseres på krystallet 40. As the semiconductor and the spot are heated, the tin foil on the bottom of the crystal 40 melts and alloys with the lower part of the crystal, forming an essentially ohmic connection, which — as described above — provides the soldering of the crystal to the cathode contact. Although the tin can be added directly to the aluminum and gallium spot because tin and aluminum are immiscible, the preferred method of forming a soft spot is to place a drop of pure tin on top of an aluminum and gallium spot that is first placed on the crystal 40 .

Selv om P.-N. forbindelsen ved silikonkrystallet kan dannes på den ovenfor beskrevne måte, kan den også dannes ved å gro eller vokse et P-type krystall med en kontrollert mengde av akseptorer og deretter tilveiebringe en metallisk flekk som inneholder en donor eller et donor-materiale som f. eks. antimon eller bor eller plasere en annen tinnflekk før en foretar opphetningen. Ved en P-N forbin-deise silikonhalvleder som er dannet på denne måte, er den bløte metalliske flekken på det ferdige krystall på den negative eller N-siden av forbindelsen. Although P.-N. the compound at the silicon crystal can be formed in the manner described above, it can also be formed by growing a P-type crystal with a controlled amount of acceptors and then providing a metallic spot containing a donor or a donor material such as . antimony or boron or place another spot of tin before heating. In the case of a P-N junction silicon semiconductor formed in this way, the soft metallic spot on the finished crystal is on the negative or N side of the junction.

Ifølge en foretrukket fremgangsmåte for å fremstille dioden 10 er halvlederforbindelsen 11 først dannet for således å tilveiebringe et tynt lag godt ledende me-tall, som f. eks. tinn på den ene siden av denne og en bløt metallisk flekk 23 på den andre siden. Den fortinnede siden på halvlederen 11 er deretter sentrert på og loddet til befestigelsesflaten på blokken 24 på tappen 18. Kontaktknappen 26 som fortrinnsvis er laget av sølv, selvom andre gode ledende materialer kan anvendes for dette formål, er loddet over enden på kabelen 27 og den frie enden på kabelen 27 er deretter skjøvet gjennom stoppskiven 28 og boringen 29 på anodekontakten 13. Deretter er den frie enden på kabelen 27 kuttet av ved 27a i nærheten av enden på kontakten 13 og anodeurenheten dyppes ned i smeltet loddemetall for å tilveiebringe en god elektrisk og varmeforbin-delse mellom kabelen 27 og tappen 13, og i tillegg til dette å fremskaffe et hermetisk tett segl mellom disse elementer slik at anodeenheten er absolutt tett. Flatene på stoppskivene 20 blir deretter belagt med et bindemiddel, som f. eks. en epoksyharpiks, og tres over de resp. tappene 18 og 19. Ka-toden 12 og anoden 13 som kan lages av kopper eller ethvert annet godt ledende materiale som også bør være et godt varmeledende materiale, tres derpå på de motsatte endene på hylsen 17 inntil stoppskivene 20 og stoppskivene 28 er presset sammen i en viss grad. Når epoksyhar-piksen er stivnet eller modnet, enten ved romtemperaturer eller på annen måte, er dioden komplett og ferdig til bruk. According to a preferred method for producing the diode 10, the semiconductor connection 11 is first formed so as to provide a thin layer of well-conducting metal, such as e.g. tin on one side of this and a soft metallic spot 23 on the other side. The tinned side of the semiconductor 11 is then centered on and soldered to the mounting surface of the block 24 of the pin 18. The contact button 26, which is preferably made of silver, although other good conductive materials can be used for this purpose, is soldered over the end of the cable 27 and the the free end of the cable 27 is then pushed through the stop washer 28 and the bore 29 of the anode contact 13. Then the free end of the cable 27 is cut off at 27a near the end of the contact 13 and the anode impurity is dipped into molten solder to provide a good electrical and heat connection between the cable 27 and the pin 13, and in addition to this to provide a hermetically sealed seal between these elements so that the anode unit is absolutely sealed. The surfaces of the stop disks 20 are then coated with a binder, such as an epoxy resin, and threaded over the resp. the pins 18 and 19. The cathode 12 and the anode 13 which can be made of copper or any other good conductive material which should also be a good heat conductive material are then threaded onto the opposite ends of the sleeve 17 until the stop discs 20 and the stop discs 28 are pressed together to a certain degree. When the epoxy resin has solidified or matured, either at room temperature or otherwise, the diode is complete and ready for use.

En har funnet at når sterke strømmer først passerer gjennom dioden 10 under prøvning av flekken 23, sveises denne over en forholdsvis stor flate til overfalten eller for siden av kontaktknappen 26. Det er ganske klart at motstanden til denne forbindelsen, både med hensyn til den elektriske strøm og med hensyn til varmeled-ningen reduseres i sterk grad, idet denne sveising foregår. It has been found that when strong currents first pass through the diode 10 during testing of the spot 23, this is welded over a relatively large area to the overlap or to the side of the contact button 26. It is quite clear that the resistance of this connection, both with regard to the electrical current and with regard to the heat conduction is greatly reduced, as this welding takes place.

Mens det forstås at materialene som anvendes for å lage de forskjellige delene av likeretteren 10, kan varieres ifølge kon-struksjonen og anvendelsen til likeretteren, og mens det forstås at de forskjellige dimensjonene også kan variere ifølge kon-struksjonen og likeretterens anvendelse, har en funnet at de følgende materialer og dimensjoner tilveiebringer en likeretter av høy kvalitet som virker tilfredsstillende under meget vanskelige driftsforhold. Den følgende tabell angir de anvendte deler. While it is understood that the materials used to make the various parts of the rectifier 10 may vary according to the construction and application of the rectifier, and while it is understood that the different dimensions may also vary according to the construction and application of the rectifier, one has found that the following materials and dimensions provide a high-quality rectifier that works satisfactorily under very difficult operating conditions. The following table indicates the parts used.

Materialer: Materials:

Kontakter 12 og 13.. Kopper Contacts 12 and 13.. Cups

Hylse 17 Keramisk materiale Halvlederen 11 .... Silikon Metallstykket ...... Aluminium Gallium Sleeve 17 Ceramic material The semiconductor 11 .... Silicon The metal piece ...... Aluminum Gallium

Tinn Kontaktknapp 26 .... Sølv Tin Contact button 26 .... Silver

Flettet kabel 27 .... Kopper Diviensjoner: Braided cable 27 .... Copper Divisions:

Vidden av flenser 15 Width of flanges 15

og 16 ............ 15,87 mm and 16 ............ 15.87 mm

Tykkelse av flenser Thickness of flanges

15 og 16 .......... 11,11 mm 15 and 16 .......... 11.11 mm

Totallengde av kon- Total length of con-

takter 12, 13 ...... 19,84 mm bars 12, 13 ...... 19.84 mm

Lengde av hylse 17.. 12,70 mm Utvendig diameter av Length of sleeve 17.. 12.70 mm Outer diameter of

hylse 17 .......... 14,29 mm sleeve 17 .......... 14.29 mm

Tykkelse av halvleder Thickness of semiconductor

11 .............. 0,254 mm 11 .............. 0.254 mm

Flateareal av halv- Surface area of half-

leder 11 .......... 6,84 cm<2>conductor 11 .......... 6.84 cm<2>

Elektriske spesifikasjoner: Electrical Specifications:

Minimum forover- Minimum forward-

gående strøm ved 25° C ............ 5 amp. — 1,5 V running current at 25° C ............ 5 amp. — 1.5 V

Med henvisning til fig. 5 viser denne en alternativ utførelsesform av oppfinnelsen hvor tappdelene på kontaktene 12 og 13 er erstattet med et flertall sylindriske fordypninger 35 og 36. De andre delene på diodene, som er angitt som 10a, er i det vesentlige de samme som de som er anvendt ved dioden 10 og er følgelig angitt med like henvisningstall. De deler som har de samme funksjoner, men som er struk-turelt modifisert, er angitt med endelsen a. With reference to fig. 5 this shows an alternative embodiment of the invention where the pin parts on the contacts 12 and 13 are replaced by a plurality of cylindrical recesses 35 and 36. The other parts of the diodes, which are indicated as 10a, are essentially the same as those used in the diode 10 and are consequently indicated with the same reference numerals. The parts which have the same functions, but which are structurally modified, are indicated with the suffix a.

For å forbinde dioden 10a til et bruks-apparat er forbindelser i form av sylindriske kabler eller ledninger (ikke vist) inn-skjøvet i fordypninger 35 og 36 og kan knyttes til de resp. kontakter 12a og 13a ved lodding eller sveising. To connect the diode 10a to a utility device, connections in the form of cylindrical cables or wires (not shown) are pushed into recesses 35 and 36 and can be connected to the resp. contacts 12a and 13a when soldering or welding.

Ved den utførelse av oppfinnelsen som er vist på fig. 5, er stoppskivene 20 sløyfet. Et hermetisk tett segl kan ikke desto mindre tilveiebringes ved å fortinne endene på hylsen 7 før delene settes sammen, slik at den ferdige diode 10a kan opphetes i en passende ovn for å fremvirke et segl mellom kontakttappene 12 og 13 og hylsen 17. In the embodiment of the invention shown in fig. 5, the stop disks 20 are looped. A hermetic seal can nevertheless be provided by tinning the ends of the sleeve 7 before the parts are assembled, so that the finished diode 10a can be heated in a suitable oven to produce a seal between the contact pins 12 and 13 and the sleeve 17.

Claims

1. Semiconductor diode comprising a housing, a semiconductor element (11) placed in the housing, one end of which is connected to a first contact element (12, 18) which extends partially into the housing, a metal piece (23) being connected to the semiconductor element on the opposite of the aforementioned one side, and another contact element (13, 19) isolated from the first-mentioned contact element and electrically connected to the metal piece, characterized in that the material in the metal piece (23) comprises aluminum and a sufficiently large percentage of tin, so that the metal piece ( 23) becomes relatively soft and so that it prevents the semiconductor element (11) from cracking on cooling.

2. Semiconductor diode as stated in claim 1, characterized in that said second contact element (13) is made with a large surface part (26a) which is resiliently pressed in contact with the metal piece (23) to provide a good electrical and thermal connection between them.

3. Semiconductor diode as stated in claim 1 or 2, characterized in that the housing comprises an insulating sleeve (17), the first contact element (12) having a relatively large mass and is attached to the insulating sleeve (17) over one of the ends of this, and that the second contact element (13) also has a relatively large mass and is attached over the other end of the sleeve (17).