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DE1963478A1 - Halbleitergleichrichteranordnung fuer hohe Spitzenstroeme - Google Patents

Halbleitergleichrichteranordnung fuer hohe Spitzenstroeme

Info

Publication number
DE1963478A1
DE1963478A1 DE19691963478 DE1963478A DE1963478A1 DE 1963478 A1 DE1963478 A1 DE 1963478A1 DE 19691963478 DE19691963478 DE 19691963478 DE 1963478 A DE1963478 A DE 1963478A DE 1963478 A1 DE1963478 A1 DE 1963478A1
Authority
DE
Germany
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ring
metal
semiconductor
semiconductor rectifier
hollow body
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
DE19691963478
Other languages
English (en)
Inventor
Posser Daniel Bernard
Piccone Dante Edmond
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
General Electric Co
Original Assignee
General Electric Co
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by General Electric Co filed Critical General Electric Co
Publication of DE1963478A1 publication Critical patent/DE1963478A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Description

Patentanwälte
Dr.-Ing. Wilhelm Reicbel Dipl-Ing. Wl' ;*;.iij Reichel
6 Frank.. .Jt a. M. 1
Paiksiraßö 13
6136
GENERAL ELECTRIC COMPANY, Schenectady, New York, V,St.A.
Halbleitergleichrichteranordnung für hohe Spitzenströme
Die vorliegende Erfindung ist ein Zusatz zum Ilauptpatent ........
(Patentanmeldung-P 15 89 847.2 vom 1. September 1967).·
Die Erfindung bezieht sich insbesondere auf solche Hoclileistungsgleichrichter aus Halbleiterbauelementen, deren Halbleiterkörper unter Druck zwischen den beiden einander gegenüberliegenden Elektroden eines abgedichteten Gehäuses eingespannt ist.
Starkstrom-Festkörpergleichrichter mit' Körpern aus Halbleitermaterial wie beispielsweise Silicium werden bekanntlieh häufig auch zur Leistungsumwandlung verwendet. Bekannte Gleichrichter dieser Art enthalten als Halbleiterkörper eine breitflächige Scheibe r.iit einer Vielzahl von schichten zwischen zwei ebenen iletallelektro- (J den, die mit den entgegengesetzten Enden eines IsolatorhohlkÖrpers verbunden sind und mit diesem ein abgeschlossenes und dichtes tiehäuse für den Halbleiterkörper bilden, u-ei verwendung eines oiliciumkörpers mit zwei Zonen und einem pn-übergang handelt es sich um einen "einfachen Gleichrichter oder eine Diode, wohingegen es sich bei verwendung eines nalbleiterkörpers mit vier Zonen (pnpn) und mit einer Dt euer einrichtung um einen steuerbaren lileichrichter, d.h. Thyristor oder( oCR handelt. In beiden Fällen ist es üblich, den u-leiehrichter mit Hilfe einer Einspannvorrichtung zvl haltern und zu kühlen, wozu die Einspannvorrichtung zwei elektrisch und thermisch gut leitende Bauteile aufweist, die gegen die beiden Elektroden des ü-ehäuses gedrückt sind, .csei geeigneter Konstruktion und Montage können derartige Gleichrichter im x»auer-
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betrieb vorwärts ströme von 25ü A und mehr und kurze von vielen tausend .ampere führen.
Auch bei geeigneter Konstruktion und .montage keimen starke-zromhalbleitergleichrichter manchmal ausfallen. Hierfür gibt es eine Anzahl von Möglichkeiten, beispielsweise zu starke Jauerbe&r-spru chung oder zu große ütromstöße oder b tr omanstiege. . Zusr. versagen führen beispielsweise lokale Überhitzungen des oiliciunikcrpers, der dadurch seine operrfähigkeit verliert, so άε-.S ■■■ unbehindert Rückwärtsströme fließen können. Xn der Praxis tritt diese Erscheinung im allgemeinen in der IT'ähe des /,entrums des nalblei-^ terkörpers auf, wo Kurzschlußströme fließen können, ohne daß außerhalb des überlasteten Gleichrichters dauerhafte Scnäaerauftreten.· In einem solchen Jj'all kann der ausgefallene C-leic-'--richter leicht durch einen neuen ersetzt und die dazugehörige Anordnung weiterhin einwandfrei betrieben werden, ohne dal teure Reparaturen oder nachteilige Unterbrechungen des betriebs in Kauf zu nehmen wären. Manchmal kann jedoch auch nahe dem Eartä eines Halbleiterkörpers ein elektrischer üogen auftreten, ä.h. dort, wo das Gehäuse am empfindlichsten ist« In einen solchen Jj'all können sich Funken oder flammen bilden, durch die sich der l'ehler immer weiter ausbreitet und schließlich zu einer weitverteilten .beschädigung auch der anderen Teile der /.nordnung führt.
Wenn der SiliciumkÖrper versagt, dann wird der opitzenv/ert des Stroms (der eine gegebene iOistiegsgeschwindigkeit und eine gegebene Dauer besitzt), dem ein Halbleitergleichrichter ohne äuße re Funkenbildung ausgesetzt werden kann, im folgenden mit "Belastungsgrenze (explosion rating) der üleichrichteranordnung bezeichnet. i>a ein Bedarf an Ealbleitergleichrichvtern mit imnier größerer Leistung besteht, besteht auch ein .Bedarf an trieichrichtern mit immezj größerer .Belastungsgrenze von "beispielsWeise 150 000 A. - i . ; :· ^
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die j>elästun^sgronze von Ilalblei ter-gleichrichtein zu erhöhen, und zwar insbesondere unter Anwendung konstruktiv einfacher Mittel·
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BAD
Die Erfindung geht dazu von der im Hauptpatent ....... (Patentanmeldung J? 15 89 847.2) beschriebenen Halbleiter-gleichrichter·· ■· anordnung aus, bei der die beiden Hauptelektroden eines abgedichteten Gehäuses mit Hilfe der einander zugewendeten .enden jzweier elektrisch leitender, von den übrigen Teilen des Gehäuses beabstandeter ütempel gegeneinandergedrückt werden, zur Erhöhung der mechanischen otabilität des Gehäuses und um zu verhindern, daß Staub oder andere Verunreinigungen in den Raum zwischen den stempeln und das uehäuse eindringen können, sind die Zwischenräume zwischen Gehäuse und Stempeln mit Dichtungsringen aus beispielsweise Silikonkautschuk angefüllt. Um sieherzustellen, daß diese eingesetzten Dichtungsringe dem hohen x>ruck, mit dem die Stempel direkt auf die Hauptelektroden des Gehäuses ge- ™ preßt werden müssen, keinen allzugroQen Widerstand engegensetzen, ; dürfen die Dichtungsringe dabei nicht allzu stark belastet werden*
Ausgehend von einer solchen lileichrichteranordnung besteht die Erfindung darin, daß die erwähnten Dichtungsringe durch O-Hinge ersetzt sind und jeder O-Ring von einem Ketallflanseh oder Hering umgeben ist, der ein Herausdrücken des (KBinges verhindert. Hierdurch wird die Belastungsgrenze einer solchen Halbleitergleichrichter anordnung wesentlich erhöht.
Die Erfindung wird im folgenden in Verbindung mit der zeichnung μ an einigen bevorzugten Ausführungsbeispielen beschrieben, auf die die Erfindung jedoch nicht beschränkt ist.
Die Ji1Ig-*. 1 zeigt die teilweise geschnittene Seitenansicht einer Halbleitergleiehriehteranordnung gemäß einer Ausführungsforra der Erfindung.
Die Fig.. .2 bis M- sind Schnitte durch weitere Ausführungsformen der Erfindung.
<oei der im folgenden an Hand der Fig. 1 beschriebenen ütarkstrom-Halbleiterglelchrichteranordnung 11 aind die einzelnen Teile, wenn nicht andere erwähnt, in der Draufsieht (von obea gesehen)
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fcreisförmigv Sie Gleichrichteranordnung 11 enthält einen scheibenförmigen Halbleiterkörper 12, der zwischen den ebenen Böden 13 und 14 zweier tassenförmiger Anschlußelemente angeordnet ist, deren Ränder 15 bzw, 16 mit den entgegengesetzten Enden 17 bzw. T8 eines im wesentlichen zylindrischen, elektrisch isolierenden Hohlkörpers 19 verbunden sind und mit diesem ein aus einem 5 tück bestehendes, hermetisch abgedichtetes Gehäuse für den Halbleiterkörper 12 bilden. Diese Einrichtung ist unter Druck zwischen den einander zugewendeten Enden zweier elektrisch leitender Druckstempel 20 und 21 eingespannt, die sowohl als elektrische als auch als thermische Leiter wirken. Gemäß Fig. 1 sind die" Druckstempel 20 und 21 zwar in der Nähe des Gehäuses angeordnet, von diesem jedoch außer an denjenigen Stellen beanstandet, wo sie mit den ebenen Böden 13 und 14- der Anschlußelemente verbunden sind. Zwischen der äußeren Oberfläche des Bodens 14 und der mit dieser zusammenwirkenden Kontaktfläche des Druckstempels 21 ist vorzugsweise unter Drück eine Puffervorrichtung 22 eingespannt*
Der innen befindliche Halbleiterkörper 12 der Gleichrichteranordnung 1 1 besteht aus Halbleitermaterial und vorzugsweise aus einer dünnen, relativ großflächigen, kreisrunden Scheibe aus unsymmetrisch4 leitendem Silicium, die auf einer dickeren, ebenfalls scheibenförmigen Wolframunterlage aufgebracht ist.-Der Halbleiterkörper kann auf bekannte Weise hergestellt sein. Der Durchmesser der Halbleiterseheibe beträgt beispielsweise 51,8 mm (1,25 Zoll). Der Halbleiterkörper weist in seinem Inneren mindestens einen breitflächigen pn-übergang auf, der im allgemeinen parallel zu den Breitseiten liegt. Bei der in Pig. 1 dargestellten Gleichrichteranordnung handelt es sich um einen Thyristor, d.h.. um einen steuerbaren Gleichrichter, dessen Halbleiterkörper vier Zonen aufweist, die abwechselnd p- und n-leitend sind, und von denen die eine Zone «inen peripheren Steuerkontakt - aufweist, mit dem eine flexible gieuerzuleitung 23 verbunden Unter der Annahme, daß mit der Wolframunter lage eine p-leitende Zone ohmsch verbunden ist, fließt der Yorwärtsstrom durch den Halbleiterkörper 12 in Pig. 1 von unten nach oben. Auf dem ring-
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förmigen Bereich des HaTbleiterkörpers 12, der radial über seine · Oberfläche hinausragt, und auf dem Teil, der an· d"en peripheren Steuerkontakt angrenzt, ist eine isolierende Schutzschicht 24 aufgebracht. . ♦
Wie. sich aus Pig. 1 ergibt, sind die entgegengesetzten Breitseiten des Halbleiterkörpers 12 mit den .einander zugev/endeten^benen Oberflächen der parallelen Böden 13 und' 14 der Ansehlußeleinente der Gleichrichteranordnung in Druckkontakt. Durch diese Anschlußelemente fließt auch der zwischen den Druckstempeln 20 und 21 bzw. durch den Halbleiterkörper 12 fließende .Strom, d.h. sie dienen als Hauptelektroden der Gleichriehteranordnung. Aus diesem · M Grunde wird der Boden 13 im folgenden als Anode und der Boden 14 im folgenden als Katöde bezeichnet. Beide Elektroden sind relativ dünn und duktil und bestehen aus einem elektrisch leitenden Material wie mit Nickel plattiertem Kupfer, obgleich im Bedarfsfall auch Wolfram oder dgl. verwendet werden kann.
Die Anode 13 ist mit dem Hohlkörper 19 über eine Seitenwand 25 und ein mit dieser fest verbundenes flanschartiges Randstück 15 verbunden, das durch Löten oder dgl. an einem metallisierten unteren Ende 17 des isolierenden Hohlkörpers befestigt ist. Die Teile 13, 15 und 25 bilden auf diese Weise ein tassenförmiges Anschlußelement, dessen Seitenwand 25 Teil einer Art elastischer Ringmembran ist, die sich gemäß Pig, 1 innerhalb des Hohlkörpers (| 19 befindet. Ein ähnliches Anschlußelement ist durch die Katode 14, ein Randstück 16 und eine diese verbindende Seitenwand 26 gebildet, wobei diese Wand jedoch nicht zylindrisch ist, weil ein Abschnitt 26a von ihr umgebogen ist, um eine vergrößerte Tasche zu bilden, in der die Steuerzuleitung 23 mit dem ringförmigen Steuerkontakt verbunden werden kann. Im Gegensatz zur kreisrunden Anode 13 ist die Katode 14 im wesentlichen·D-förmig, da an. ihrer in Pig. 1 linken Seite 27 ein peripherer Randabschnitt weggelassen ist, damit ihre Innenfläche, die auf der oberen Breitseite des Halbleiterkörpers 12 aufgelegt wird, in der Nachbarschaft des peripheren Steuerkontaktes nicht mit dem Halbleiterkörper in Berührung kommt. Das Randstück 16 der Katode weiat einen verlängerten Abschnitt ,35 auf, der über den Umfang des
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■*■■'" - 6 - - ■■.;. .'■;.■■
Hohlkörpers 19 radial nach außen ragt und eine Änachlußklernme bildet, mit der von außen her eine Referenzleitung für die ο teuer zuleitung verbunden wer «Jen kann.
Damit die innenliegende b'teuerzuleitung 23 von außen her zugänglich ist, ist weiterhin eine oteuerklemme vorgesehen, die curoh den Hohlkörper 19 hindurchragt. dernäQ tfig. 1 enthält der nohlkörper 19 zwei koaxiale Ringe 3U und 31,. die vorzugsweise au« Keramik bestehen. Der King 31, dessen metallisiertes obere Anä.e 18 mit dem Randstück 16 der Katode verlötet ist, ist in axialer Richtung relativ kurz, wohingegen der King 30 in axialer Richtung relativ lang ist und nicht nur die Anode 13 und den Halbleiterkörper 12, sondern auch die Katode 14- und den unteren Veil der mit dieser verbundenen seitenwand 26 umgibt. Die beiuen kin*-· ge 30 und 31 sind mittels zweier netallscheiben 32 und 33 miteinander verbunden, wobei die Me tall scheibe 33 als Steuerkler.i.vs der (jleichrichteranordnung 11 verwendet ist. uie scheibe 33 ist mit dem metallisierten oberen Ende des Kings 30 verbunden und ragt in radialer Richtung über diesen hinaus, wohingegen die i'ietallscheibe '32 mit dem metallisierten unteren Jünde des Kings 31 verbunden ist und in ähnlicher'Weise'in radialer Richtung über diesen hinausragt. Die aufeinanderliegenden Metallscheiben 32 und 33 sind längs ihres Außenrandes miteinander verschweißt, so daß das Gehäuse für den Halbleiterkörper 12 hermetisch abgedichtet ist. Die Verschweißung wird vorzugsweise in einer inerten Atmosphäre vorgenommen, damit sauerstoff und andere unerwünschte Gase dauerhaft vom Gehäuse abgehalten sind. Innerhalb des u-ehäuses ist die Steuerzuleitung 23 mit einem leitenden Vorsprung 34-der bteuerklemme 33 (Pig. 1) verbunden.
Der Halbleiterkörper 12 ist mechanisch zwischen und elektrisch in Serie mit den Haupt elektroden 13 und 14- der ü-leichrichteranordnung 11 durch uruek eingespannt. Zur .Befestigung dieser !'eile aneinander sind keine Lötmittel oder dgl. erforderlich. Der elektrische Kontakt zwischen den Metallflächen des nalbleiterkörpers 12 und den angrenzenden Innenflächen der Elektroden ist im ge-' samten.Grenzflächenbereich allein durch Druck bewerkstelligt.
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Dieser Druck wird einerseits durch die elastischen Eigenschaf- ten des Anoden- bzw. Katodenanschlußelenentes zu beiden ueiten des fialbleiterkörpers und andererseits dadurch bewirkt, daß die Anode 13 und die Katode 14- mittels der äußeren Druckstempel 20 und 21 fest gegeneinander gedrückt werden, wodurch sich eine innige, für Starkströme geeignete ürenzflächenberührung mit geringem Y/iderstand ergibt. Für die jjruckstempel 2ü und 21 kann jede geeignete ,einspannvorrichtung verwendet werden, £ine bevorzugte Einspannvorrichtung wird im folgenden an Hand von Fig. 2 be- ' '" schrieben.
Die Einspannvorrichtung enthält zwei oder mehrere parallele Sätze von auf einander, ausgerichteten, beabstandeten iJruckstempeln, eine Vielzahl von trennbaren Verbindungselementen, die in den Lücken zwischen den Druckstempeln dieser ^ätze angeordnet sind,, wobei mindestens eines der Verbindungselemente eine Gleichrichte ranordnung 11 ist, und eine auf Zug beanspruchte Einrichtung, die sich in der Kitte zwischen und parallel zu den verschiedenen Sätzen von Druckstempeln erstreckt und deren entgegengesetzte Enden mit den entsprechenden Druckstempeln jedes batzes mechanisch verbunden sind, so daß alle jJruckstenpel fest gegen die entsprechenden Verbindungselemente gedruckt sind. Die drucksterapel, zwischen denen die Gleichrichteranordnung 11 mechanisch angeordnet ist, sind die oben erwähnten elektrisch leitenden Druckstempel 20 und 21.
Die einander zugeordneten Druckstempel 20 und 21 sind im wesentlichen zylindrisch ausgebildet und bestehen aus hochleitendem riet all vie Aluminium, Messing oder vorzugsweise Kupfer. GeirJIS tfigur 1 sind die einander zugewandten Enden dieser Druckaterapel derart abgeschrägt, daß sie in die tascenförmigen f.nychlußelemente der Gleiekrichteranordnung 11 ραεβεη. An ihren .-ndeii weisen die Druckctempel Kontaktflächen 36 bzw. 37 auf. υie Kontaktflache 36 des Druckstempels 20 entspricht in ihrer romi ■im/wesentlichen der angrenzenden äußeren Kontaktfläche der Anode 13 "und liegt zu ihr parallel. Die Kontaktfläche 37 des Drucksten- ·. pels 21 befindet sich zwar gegenüber der äußeren Kontaktfläche
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der Katode 14, doch ist zwischen diesen "beiden der vor:;u:;,;v/eiae aus Wolfram bestehende Spaniiungspuffer 22 an/1:©ordnet. Ijifol^e— dessen sind die beiden Eauptelektrouen 13 und 14 der ^leicf,rierL-teranordnung 11 in einem relativ großflächiger. B are ich nit einer der einander zugewandten λontaktflachen 36 und 37 der Druckstem~ pel 20 und 21 elektrisch leitend verbunden. Die eigentliche Gleichrichteranordnung 11 liegt mit den-beiden truckstervoelii in Serie. "
Parallel zu dem Satz aus üupf er stempeln 2 υ und 21 und der ά-azv/is einliegenden Gleichrlchteranordnung 11 ist mindestens ein weiterer Satz von beabstandeten, In Achsrichtung aufeinander p~v.zQerichteten Drucks tempeln vorgesehen, der zwei Btahlstempel 40 uiiä 41 enthält. Gemäß PIg. 2 ist in der Lücke zwischen den einander zugewendeten Enden der Stahlstempel 40 waa 41 ein starres abstandsstück 42 aus elektrisch Isolierenden Material angeordnet, das In axialer Richtung zwischen den Stahlsterapeln 40 und 41 eingespannt wird. Die Kauptelektroden der Gleichrichteranordicui-s 11 sind mittels einer Vorrichtung zwischen den Drucksxenpeln 2C und 21 eingespannt, die einen länglichen Verbindungsbolzer. aus Stahl aufweist, der in einer isolierenden Hülse 43 angeordnet und auf dessen entgegengesetzte Enden ' Muttern 44 ui-.d 45 aufgeschraubt sind. Die Mutter'44 ist ir:it den äußeren 2nd en der Stempel 20 und 40 über eine !Tellerfeder 46 und die Plutxer 45 i&itden äußeren Enden der Stempel 21 und 41 über eine ähnliche, nicht gezeigte Tellerfeder und einen Isolierring 47 verbunden. Durch Anziehen der Muttern auf dem Verbindungsbolzen werden die Stempel somit einem hohen Axialdruck unterworfen, v/Gdurch die Gleichrichteranordnung 11 fest, jedoch lösbar eingespannt wird.
Damit die Gleichrichter anordnung 11 sowohl an einen tluBeren Starkstromkreis elektrisch angeschiofjsen v/erden als auch iiechfinisch gehaltert werden kann, sind die Stempel 20'und 21 mit Anschlußklemmen versehen, die aus L-förmigen Kupferstäben 48 bzw. 49 bestehen und mit den Stempeln fest verbunden sind. Die äußeren Enden dieser Stäbe 48 und 49 können mit den Anschlußklemmen geeigneter elektrischer Anschlußelemente einer äußeren Schaltungsanordnung (nicht gezeigt) verbunden werden. Zur weiteren Erhö—
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hung der Festigkeit und Steifigkeit -sind die Kupierstäbe 48 bzw. 49 auch mit. den Stahlstempeln 40 bzw. 41 verbunden.
Die beiden uruckstempel 20 und 21 dienen nicht nur mechanisch » als Stützen und elektrisch als Kontakte, sondern auch thermisch als Wärmesenken für die Gleichrichteranordnung 11. Zur !Förderung der Wärmeableitung von den Druckstempeln sind diese mit zwei Gruppen 50 und 51 von beabstandeten Kühlrippen aus Metall versehen. Die erste Kühlrippe 52 am inneren Ende der Gruppe 51 ist auch in Fig 1 teilweise sichtbar. Sie ist durch Schweißen oder dgl. am Körper des Druckstempels 21 befestigt, so daß die Kühlrippe 52, der Druckstempel 21, der Kupferstab 49 und der Spannungspuffer 22 ein gemeinsames Teil derjenigen Einrichtung bilden, die zum Haltern und Kühlen der Gleichrichteranordnung 11 und zum Verbinden der Katode 14 mit der äußeren Schaltungsanordnung dient.
Wenn gemäß Pig. 1 zwischen den Druckstempeln 20 und 21 ein Starkstromgleichrichter 11 angeordnet ist, dann werden die Anode 13 und die Katode 14 fest gegen den zwischen ihnen befindlichen Halbleiterkörper 12 gedrückt. Hierbei wird auf die aneinander angrenzenden Kontaktflächen gleichförmig ein hoher Druck von beispielsweise 211 kg/cm (3000 p.si) ausgeübt, wodurch eine gute elektrische und thermische Leitfähigkeit über die großflächigen Berührungsflächen sichergestellt ist. Der Halbleiterkörper 12 wird jedoch außer durch Reibung in radialer Richtung nicht beansprucht.
Damit das Einstellen eines hohen Kontaktdruckes auf die Anode und die Katode 14 nicht gestört wird, ist der Hohlkörper 19 des Gehäuses von den Metallteile aufweisenden Elementen 21 und 52 sowie auch von dem Element 20 beabstandet. Dies zeigt deutlich Fig. 1. Gemäß dem Hauptpatent ....... (Patentanmeldung P 15 89 847.2) sind die Lücken zwischen den Enden des Hohlkörpers 19 "und den benachbarten Druckstempeln durch Dichtungsringe aus Silikonkautschuk geschlossen, um dadurch die, mechanische Stabilität der Gleichrichteranordnung 11 bzw. des Hohlkörpers 19 zu erhöhen und
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Staub oder andere Verunreinigungen von dem Itaum. aoe-aii^lter., der die Druckstempel 20 und 21 umgibt. Die Dichtungsrir.^e dürfen nicht allzu hoch beansprucht werden, so daß der größte C?eil des Drucks direkt auf die Katode und die Anode des Gleichrichters ausgeübt wird. " .
Die beschriebene Gleichrichteranordnung kann in Vorwärtsrichtung im Dauerbetrieb hohe Ströme und für kurze Zeitspannen noch wesentlich höhere Stromspitzen sicher führen, iiichtodeato'.veni^er kann die Gleichrichteranordnung 11 manchmal abnormer. Bedingur.-gen unterliegen, d.h. beispielsweise kann ein Stromstoß zu hoch sein, so daß der Gleichrichter bleibend■zerstört .wird. Sine solche Zerstörung gleicht einem Kurzschluß durch den SiliciurrJ-cär^^r 12, weswegen die äußere Schaltungsanordnung normalerweise "geeignete -Schutzeinrichtungen wie elektrische Sicherungen oder dgl. aufweisen muß, um das zerstörte Halbleiterbauelement zu isolieren, bis es durch ein neues ersetzt ist. Obgleich äere.rxi;?e Schutzeinrichtungen nur sehr kurze Ansprechzeiten besitzen, fließt während dieser kurzen Zeitspannen ein beträchtlicher Strom durch sie hindurch. Infolgedessen besteht eine relativ große V/ahrscheinlichkeit dafür, daß beim Auftreten eines üogens nahe dem Hand des Halbleiterkörpers 12 dieser üogen sehr schnell so intensiv wird, daß durch diejenigen relativ dünnen >.bschni."tte der äußeren Anschlußelemente bzw. Elektrodendes Gehäuses Löcher gebrannt werden, die außerhalb des Durchmessers der ^no— de 13 oder der Katode 14 liegen, und sich i'unkeii oder" Plainmen bilden, die sich nach außen bis außerhalb des abgedichteten u-ehauses erstrecken. Bei "versuchen mit der oben beschriebenen Gleichrichteranordnung konnten unter derartigen bedingungen von außen ij'unken beobachtet werden, die in der Praxis sogar andere betriebsfähige Anordnungen und Geräte, die sich, in der i.schbn.rschaft einer derartig beschädigten lileichrichteranordnung befinden, ernsthaft gefährden können. ■
Die Belastungsgrenze der beschriebenen Gleichrichteranordnung kann beträchtlich erhöht werden, wenn in die oben genannten Lücken O-Iiinge 54 und 55 eingesetzt und diese Ringe durch starre .Bauteile 5.6 bzw. 57 derart umgeben werden, daß sie nicht ■ heraus-
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ftearückt werden können. außerdem vira in aas abr.edichüete Gehäuse vorsui-ov/eise eine Hülse, aus eine.-. abtragbaren haterial wie beispielsweise rr.it v?las gefülltes teflon, derart eingesetzt, daß die innere Oberfläche des Hohlkörpers 19 £e&er. irn öiliciumkörper 12 gebildete Bögen vollständig abgeschirmt wird.
Göinfiß Fig. T ist der O-Hing 54- zwischen das Ic and ο tuck 17 ?■-" ZvAe der seitenwand 25 und eine überstehende Schulter 20a am 3rucfcstempel 20 und der O-Ring 55 zwischen das iti-ndstück 16 a:n Znde der seitenwand 26 und die daran angrenzende r.etallrippe 52 gepreßt, jdei'de O-Hinge bestehen aus eine:'; relatdv v/eichen, nachgiecigen «-.aterial, das unter jruck verxorrnt werden kann und dazu neigt, seine ursprüngliche ^'orn wieaer anzunehmen, wem; die verfor sende Kraft wefgenorsnen v/ird. crut geeignet für einen solche;. Zweck sind iilastoisere; In folgenden wird das für die Q-Iiin^e verwendete material ganz allgemein als "elastisch" beseichnet.
Der Durchinesser der ursprünglich kreisrunden jedes O-Ringes 57r, 55 ist etv/as größer als die -.xiale liir.je aer Lücke, in die er eingesetzt isx. .,ach den end/jültiren iuaanr.enbau sind die O-Iiir^e daher derart zu3;ir:ur.engedrückt, äi-.Z, wie gezeigt, ihre nuerschnittsflache oval 1st. Hierdurch werden die entsprechenden Lücken wirksam gegen einen Austritt des ^ogens bzw. der Bogenprodukte abgedichtet, ohne daß der hohe Ivontaküdruck auf die tiauptelektroden der Gleichrichter anordnung 11 in ^ irgendeiner λeise beeinträchtigt wird. ™
Die O-Hinge 54- und 55 werden durch starre bauteile 56 und 57 u:;-geben, die gemäß !''ig. 1 aus separaten Sicherung ringen au 3 ei..erl relativ festen Material wie metall (s,3. jilei, i-.essing oder stahl) bestehen. Jeder Sich.erunfsring weist einen Innendurchmesser auf, der etwas größer als der ursprüngliche Au3enciurchr.es^er des zugeordneten O-Ringes ist, während er in axialer ixichtung ausreichend kurz ist, damit er. bündig in der gleichen imcke wie der Ö-Ring sitzt, ohne daß er merklich mechanisch beansprucht wird. Um eine Verschiebung des bicherungsrings 56 in radialer Richtung zu vermeiden, ist er mit einem unteren Rand 56a versehen, der die Schulter 20a des jruckstempels 20 umschließt. Aus
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dem gleichen Grund ist am Sicherungsring· 57 ein unterem lircid 57a vorgesehen, der gemäß i''ig. 1 das obere .rinde-- des lIonlköEocrü 19 Umschließt, wobei der· Vorsprang 35 durch eine passende Kerbe im Rand 57a nach außen ragt.
\'fewi eine Gleichrichteranordnung 11 zeratrSr-t. und infolgedessen ein .bogen durch eine oder beide ElektradenanschlußeleniiGrite brennen würde, dann wäre die Ausdehnung dies--Dögen,s durch die Q—Ringe begrenzt., In dem Fall, daß der eingehüllte .bogen einen so großen uruck aufbauen sollte, daß' der 0-R.ing: durch diesen Druck aus der Lücke*- in der er normalerweise angeordnet ist,, nach außen geschoben werden könnte, dann würde eine solche B&\r.e,g&z.r; dui*eh die zugehörigen Sicherungsringe 56 oder 57 verhindert„ so daß das Herausdrücken der O-Ringe vermieden und somit eine üuiäere /un- ken- oder Bogenbildung verhindert wird»
Die Ausführungsform nach Pig. 3 unterscheidet sich von der ober. beschriebenen Ausführungsform dadurch, daß das Halbleiterbauelement eine Diode ist und der Halbleiterkörper 12' infolgeaesnen keinen Steuerkontakt und der diesen umgebende Hohlkörper aus Isoliermaterial keine durch ihn hindurchgeflihrte steuerelektrode aufweist. Vfie- sich aus Fig.- 3 ergibt, besteht das starre bauteil "das den 0-Ring 55 gegen Verschiebungen sichert, aus einem nach unten erstreckten Planschansatz 21a am Drucksterirpel 21. Dieser Planschansatz bildet mit dem übrigen Teil des x« rucks te mpels 21 eine ringförmige Rille 58, die über dem oberen ^nö.e des Hohlkörpers 3υ liegt und den in ihr liegenden O-Hing 55 umhüllt. ■
In Pig. 4 ist eine HalbleitergleichrichteranorGnurig gezeig-j, bei der die eine Hauptelektrode des Gehäuses eine relativ dicke Scheibe 60 enthält, die mit dem Hohlkörper 30 durch eine dünne ringförmige Membran 61 verbunden ist, deren Porm an die Form eines Metallstreifehs 62 angepaßt ist, der nit dem oberen Sude des Kohlkörpers 30 verschweißt bzw. verlötet ist. Der Durchrces- ' ser des O-Ringes 55 ist etwa der gleiche wie der des entsprechenden Endes des Hohlkörpers 30. Außerdem ist der O-Ring 55 durch Druckkontakt zwischen der Membran 61 und einem darüber liegenden Druckstempel 63 gehalten. Sei dieser ausführungsform
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wird das Herausdrücken des; O-Rings 55 durch einen nach oben umgebogenen Plans chans at ζ 64- .an der Membran 61 verhindert.
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Claims (9)

  1. Patentansprüche
    1/ Halbleitergleichrichteranordnung, enthaltend ein hermetisch abgedichtetes Gehäuse, das durch einen im wesentlichen zylindrischen, aus Isoliermaterial bestehenden Hohlkörper und zwei mit den entgegengesetzten Enden des Hohlkörpers verbundene Hauptelektroden gebildet ist, zwischen denen ein Halbleiterkörper angeordnet ist, und enthaltend eine Einspannvorrichtung zun Zusammenhalten der Hauptelektroden unter Druck und zum Verbinden der Hauptelektroden mit einer äußeren Schaltungsanordnung, wobei die Einspannvorrichtung mindestens ein Metallbauten aufweist, das mit einer der Hauptelektroden in Berührung, im übrigen jedoch in geringem Abstand vom Gehäuse gehalten ist, nach Hauptpatent ... (Patentanmeldung P 15 89 847.2-35), gekennzeichnet durch mindestens einen Ring (54,55) aus elastischem Material, der mit Druck zwischen dem Metallbauteil (20,21) und dem Gehäuse nahe dem einen Ende des Hohlkörpers (30,31) eingespannt ist, und durch ein starres Bauteil (56,57), das den Ring (54,55) umgibt.
  2. 2. Halbleitergleichrichteranordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet , daß die zugeordnete Hauptelektrode ( 13 bzw. 14) mindestens eine ringförmige Metallmembran (25,17 bzw, 26,16) mit dem zugehörigen Ende des Hohlkörpers (30,51) verbunden und der Ring (54 bzw.55) in einer Lücke zwischen der Metallmembran (25,17 bzw. 26,16). und dem Metallb;auteil (20 bzw. 21) angeordnet ist.
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  3. 3. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das starre
    . Beuten ein Flanschansatz (21a) an dem Metallbauteil (21) ist.
  4. 4. Halbleitergleichrichter- nach Anspruch 2,
    dadurch gekennzeichnet, daß das star,re bauteil ein Planschansa1i| [(SA) an der KetallKembran (61) ist.
  5. 5» HalbleitergleichficirSiir jiach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß das starre Bauteil ein separater Metallring (56, 57) ist.
  6. 6. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 1, · dadurch gekennzeichnet, daß der Hohlkörper (30, 31) als Hülse auggebildet und über.einem Ende der Hülse ein Teil des I-Ietallkörpers (52, 21) angeordnet ist, und daß der Hing (55) in eine Lücke zwischen diesem Teil (52) des I'Ietailbauteils und dem einen Ende der Hülse derart eingesetzt ist, daß die zwischen diesen gebildet" Lücke durch den Ring dicht verschlossen ist.
  7. 7. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 6,
    dadurch gekennzeichnet, da3 der Hing (54-, 55) ein O-Ring ist, dessen Durchmesser etwa, gleich der» Durchmesser ores ihm gegenüberliegenden Endes (30, 31) der Hülse ist, und daß das starre Bauteil ein separater Metallring (56, 57) ist, dessen Ini.endurch^esser größer als der Außendurchmesser des O-Ringes ist.
  8. 8. Halbleitergleichrichter nach Anspruch 7, dadurch gekenn ze ichnetj dp. 3 der Metallring einen Rand (57a) aufweist, der zur Begrenzung einer Verschiebung des Ringes (55) in radialer Richtung das eine Ende der Hülse (31) fest umschließt.
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    , ; , 1963475
  9. 9. Halbleitergleichriöiiter nach Anspruch 7,
    dadurch gekennzeichnet , daß der Me-■"._ tallring einen Rand (56a) aufweist, der zur Begrenzung einer Verschiebung des Ringes (56) in radialer Richtung den .Metall« • bauteil (20) fest umschließt*
    WWi
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