DE2140071A1 - Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung - Google Patents

Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung

Info

Publication number
DE2140071A1
DE2140071A1 DE19712140071 DE2140071A DE2140071A1 DE 2140071 A1 DE2140071 A1 DE 2140071A1 DE 19712140071 DE19712140071 DE 19712140071 DE 2140071 A DE2140071 A DE 2140071A DE 2140071 A1 DE2140071 A1 DE 2140071A1
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
rectifier
insulating body
electrode
conductor wire
stack
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.)
Ceased
Application number
DE19712140071
Other languages
English (en)
Other versions
DE2140071B2 (de
Inventor
Kenzo; Suzuki Kensuke; Yosimura Tatuo; Sasaki Takeshi; Hitachi Shima (Japan). P
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.)
Hitachi Ltd
Original Assignee
Hitachi Ltd
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 Hitachi Ltd filed Critical Hitachi Ltd
Publication of DE2140071A1 publication Critical patent/DE2140071A1/de
Publication of DE2140071B2 publication Critical patent/DE2140071B2/de
Ceased legal-status Critical Current

Links

Classifications

    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/29Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the material, e.g. carbon
    • H01L23/293Organic, e.g. plastic
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/28Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection
    • H01L23/31Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape
    • H01L23/3107Encapsulations, e.g. encapsulating layers, coatings, e.g. for protection characterised by the arrangement or shape the device being completely enclosed
    • H01L23/3135Double encapsulation or coating and encapsulation
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L23/00Details of semiconductor or other solid state devices
    • H01L23/58Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries
    • H01L23/585Structural electrical arrangements for semiconductor devices not otherwise provided for, e.g. in combination with batteries comprising conductive layers or plates or strips or rods or rings
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/03Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes
    • H01L25/04Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers
    • H01L25/07Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof all the devices being of a type provided for in the same subgroup of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. assemblies of rectifier diodes the devices not having separate containers the devices being of a type provided for in group H01L29/00
    • H01L25/074Stacked arrangements of non-apertured devices
    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02MAPPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M7/00Conversion of ac power input into dc power output; Conversion of dc power input into ac power output
    • H02M7/02Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal
    • H02M7/04Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters
    • H02M7/06Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode
    • H02M7/10Conversion of ac power input into dc power output without possibility of reversal by static converters using discharge tubes without control electrode or semiconductor devices without control electrode arranged for operation in series, e.g. for multiplication of voltage
    • H02M7/103Containing passive elements (capacitively coupled) which are ordered in cascade on one source
    • H02M7/106With physical arrangement details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00011Not relevant to the scope of the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/0001Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/00014Technical content checked by a classifier the subject-matter covered by the group, the symbol of which is combined with the symbol of this group, being disclosed without further technical details
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/01Chemical elements
    • H01L2924/01015Phosphorus [P]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/102Material of the semiconductor or solid state bodies
    • H01L2924/1025Semiconducting materials
    • H01L2924/10251Elemental semiconductors, i.e. Group IV
    • H01L2924/10253Silicon [Si]
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/10Details of semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/11Device type
    • H01L2924/12Passive devices, e.g. 2 terminal devices
    • H01L2924/1203Rectifying Diode
    • H01L2924/12036PN diode
    • HELECTRICITY
    • H01ELECTRIC ELEMENTS
    • H01LSEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/30Technical effects
    • H01L2924/301Electrical effects
    • H01L2924/3011Impedance
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10STECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10S257/00Active solid-state devices, e.g. transistors, solid-state diodes
    • Y10S257/916Narrow band gap semiconductor material, <<1ev
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10TTECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER US CLASSIFICATION
    • Y10T29/00Metal working
    • Y10T29/49Method of mechanical manufacture
    • Y10T29/49995Shaping one-piece blank by removing material
    • Y10T29/49996Successive distinct removal operations

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Structures Or Materials For Encapsulating Or Coating Semiconductor Devices Or Solid State Devices (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Description

2UQ071
Patentanwälte
DIpL-Jr-.!".:- Γ Τ 2 sen.
Dip!-'· . : ' .:r-HT
βSd'.-.... ·, ;_:^!\η-17·386Ρ(17θ87Η) ίο. 8. 1971
H I T A C II I LTD. , Tokio (Japan)
Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung
Die Erfindung bezieht sich auf eine Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung mit mindestens einer G-leichrichtereinheit mit einem stangenartigen Stapel einer Mehrzahl von Siliziumscheiben, einem Paar von an den entgegengesetzten Enden des stangenartigen Stapels angebrachten, mit je einer Zuführung versehenen Elektroden und einem den stangenartigen Stapel eng umhüllenden ersten Isolierkörper.
Eine solche Vorrichtung kann auf weiten Gebieten Verwendung finden. Sie ist ein wesentlicher Bestandteil in einem Hochspannungs-Stromquellenkreis bei Fernsehempfängern, Kathodenstrahloszillographen, Röntgenstrahlenapparaten, Elektronenmikroskopen, Beschleunigungsvorrichtungen für geladene Teilchen usw.
Eine bekannte Vorrichtung dieser Art wird anhand der Fig. 1 erläutert.
81-(POS 26O52)-Tp-r (8)
209808/1341
2U0071
Fig. 1 zeigt eine bekannte Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung in Anwendung bei einem Hochspannungs-Stromquellenkreis für einen Fernsehempfänger.
In dieser Figur bezeichnet die Bezugsziffer 1 eine Kathodenstrahlröhre und die Bezugsziffer 2 einen Hochspannungs-Stromquellenkreis zum Zuführen einer Gleichspannung zur Röhre. Der Stromquellenkreis umfaßt einen Rücklauftransformator 21 und eine Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung 22, die zwischen der Sekundärwicklung 211 des Rücklauftransformators und der Kathodenstrahlröhre angeschlossen ist. Da der Kathodenstrahlröhre 1 Hochspannungsstrom niedriger Stromstärke zugeführt wird, hat die Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung 22 bei der Hochspannungsstromquelle üblicherweise einen Aufbau, bei dem sie aus einer stangenartigen Stapelung vieler Halbleiterscheiben 5 besteht,' die zxvischen einem Paar von Elektroden 3 und 4 eingeklemmt sind. Bei einer solchen Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung 22 werden jedoch die Halbleiterscheiben nahe dem wechselstromseitigen Anschluß A leicht durch Überlastung zerstört. Dies kommt vermutlich von der schwankenden, freien ("floating") Kapazität zwischen diesen Halbleiterscheiben und der Erde 6. Durch die freie Kapazität ergibt sich, da0 ein veränderlicher Strom in der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung fließt. Mehr Strom fließt dabei im Teil der Vorrichtung, der der Wechselstromseite näher ist, so daß sich ein übermäßiger Strom in den Halbleiterscheiben nahe dem wechselstromseitigen Anschluß A konzentriert. Da dieser Überstrom zu einem entsprechenden Spannungsabfall führt, ist die Spannungsverteilung über die einzelnen Halbleiterscheiben nicht gleichmäßig, sondern
0 9 8 0 8/1341
-'**■ 2H0071
der Spannungsgradient ist bei den Halbleiterscheiben, die dem Anschluß A näher sind, größer und wird zum Anschluß B hin fortlaufend kleiner. Daher erleiden Halbleiterscheiben, die dem wechselstromseitigen Anschluß näher sind, einen Isolationsdurchbruch.
Um diesen Nachteil zu überwinden, wurde bereits beschrieben, geeignete Impedanzelemente parallel zu den Halbleiterscheiben nahe dem wechselstromseitigen Anschluß zu schalten, um eine gleichmäßige Spannungsverteilung zu erhalten, wie in der US-PS 3 231 798 offenbart ist.
Die in dieser Patentschrift beschriebene Vorrichtung umfaßt einen Gleichrichterkörper, der aus vielen Selenscheiben besteht, die innerhalb eines zylindrischen Isoliergehäuses gestapelt sind, und ist mit einem Wärmeabstrahlteil versehen, das thermisch mit einem wechselstromseitigen Anschluß gekoppelt ist und einen zentralen Metallbolzen umfaßt, der mit einer Gleichrichterplatte verbunden ist, die sich an einem Ende des Gleichrichterkörpers befindet. Das Wärmeabstrahlteil hat eine trichterartige Gestalt, die zur Vergrößerung der Abmessungen der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung beiträgt. Auch ist die Übergangskapazität von Selen groß, wobei die Durchbruchsspannung einer Selenscheibe höchstens etwa 60 V beträgt.' Daher ist es, um die gewünschte hohe Durchbruchsspannung zu schaffen, erforderlich, einige hundert Scheiben in der gleichen Richtung zu stapeln, was aufwendige und mühsame Fertigungsarbeiten bedingt. Außerdem ist Selen thermisch Silizium unterlegen. Für Hochspannungs-Selengleichrichter ist die obere Umgebungstemperaturgrenze etwa 6o C, jedoch liegt die Temperatur in Fernsehempfängern
209808/1341
und dergleichen ohne weiteres unter ungünstigen Bedingungen zeitweilig über 60 C, so daß die Verläßlichkeit einer solchen Vorrichtung gering ist.
Um diese Nachteile auszuschalten, müssen die Halbleiterscheiben aus Silizium statt Selen sein. Siliziumscheiben bringen indessen neue Probleme. Insbesondere ist aufgrund der äußerst geringen Übergangskapazität die Ungleichmäßigkeit der Spannungsverteilung über die Scheiben gravierender. Auch muß die Verbesserung der seitlichen Durchbruchsspannung beachtet werden.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs genannten Art so weiterzuentwickeln, daß die Spannungsverteilung über die Siliziurascheiben gleichmäßiger wird, die Vorrichtung möglichst geringe Abmessungen hat und leicht herstellbar ist.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß wenigstens ein sich im wesentlichen parallel zum stangenartigen Stapel von der wechselstromseitigen Elektrode in Richtung zur gleichstromseitigen Elektrode des Elektrodenpaares erstreckender Leiterdraht vorgesehen ist, der auf dem gleichen Potential wie die wechselstromseitige Elektrode gehalten wird, und daß ein äußerer Isolierkörper die Gleichrichtereinheit und den Leiterdraht völlig einschließt.
Die Vorteile dieser erfindungsgemäßen Vorrichtung sind eine gleichmäßigere Spannungsverteilung über die Siliziumscheiben, ein relativ geringer Raumbedarf und eine leichte Herstellbarkeit der Vorrichtung.
209808/1341
-€- 2H0071
Die Erfindung wird anhand der in den Fig, 2-6 veranschaulichten Ausführungsbeispiele näher erläutert; darin zeigen:
Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung im Schnitt;
Fig. 3 einen äquivalenten Stromkreis zur Erläuterung des Betriebes dieser Vorrichtung;
Fig. h a und h b Schnitte zur Erläuterung zweier weiterer Ausführungsbeispiele der Erfindung;
Fig. 5 a - 5 d in Perspektiv- und Schnittansichten
eine Erläuterung der Schritte zur Herstellung der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung gemäß der Erfindung; χπχά
Fig. 6 einen Teilschnitt durch eine Hochspannungs-. Halbleitergleichrichtervorrichtung gemäß der Erfindung.
In Fig. 2 bezeichnet die Bezugsziffer 11 einen stangenartigen Stapel einer Mehrzahl von Siliziumscheiben, die miteinander fest verbunden sind und je einen pn-übergang aufweisen. Der Scheibenstapel 11 ist an seinen entgegengesetzten Enden zwischen Elektroden 12 und 13 (Wechselstrom- und Gleichstromelektroden) eingeklemmt. Die Bezugsziffern 14
209808/1341
/- 2H0071
und 15 bezeichnen Stromzuführungen, die mit den Elektroden 12 und 13 verbunden sind. Diese Teile stellen eine Gleichrichtereinheit 10 dar. Die Bezugsziffer 16 bezeichnet einen ersten Isolierkörper aus einem solchen Material wie Lack, der die Gleichrichtereinheit 10 und insbesondere den Scheibenstapel 11 eng umhüllt, so daß kein Luftspalt zwischen dem Scheibenstapel 11 und dem äußeren Gehäuse vorliegt. Die Bezugsziffer 17 bezeichnet einen Leiterdraht, der sich im wesentlichen parallel zum Scheibenstapel 11 in Richtung zur Gleichstromelektrode 13 erstreckt und an einem Ende mit der Zuführung 14 an der Seite der Wechselstromelektrode 12 verbunden ist. Der Leiterdraht 17 ist an seinem der Zuführung 14 entgegengesetzten Ende, wie bei 171 angedeutet ist, umgefaltet, um hier eine Konzentration des elektrischen Feldes zu verhindern. Die Bezugsziffer 18 bezeichnet einen äußeren Isolierkörper aus einem solchen Werkstoff wie Epoxydharz, der die Gleichrichtereinheit 10 und den Leiterdraht 17 völlig einschließt.
Bei der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung nach vorstehender Beschreibung läßt sich die Spannung gleichmäßig über die einzelnen Siliziumscheiben verteilen, so daß sie in Hochspannungskreisen verwendbar ist.
Fig.'3 zeigt einen äquivalenten Schaltkreis eines Hochspannungs-Stromquellenkreises für einen Fernsehempfänger unter Verwendung der vorstehend beschriebenen Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung.
Das Bezugszeichen CT bezeichnet die Übergangskapazität jeder Siliziumscheibe, das Bezugszeichen C„ die freie Kapa-
209808/1341
- r- 2U0071
zitat zwischen jeder Siliziumscheibe und der Erde 6, die
Bezugszeichen C1, C„ und C~ bezeichnen zusätzliche Kapazitäten zwischen den jeweiligen Siliziumscheiben und dem
Leiterdraht, das Bezugszeichen e das Potential zwischen
benachbarten Übergangskapazitäten und zwischen jeder freien Kapazität Cc und einer entsprechenden zusätzlichen Kapazität C1, Cp bzw. C_ und das Bezugszeichen E~ eine
Glei chs tromausgangs spannung.
In dem äquivalenten Schaltkreis nach Fig. 3 gilt eine Gleichung
Q = CE
j +
+ C1) O1 - (e
e2 + (e2 * eW Cj ~ (e3 " e2^ Gj
worin Q eine konstante Ladungsmenge ist. Unter der Annahme, daß die Spannung über die Gleichrichtereinheit gleichmäßig zu verteilen ist, gilt
e1 = 1/4 Eo' e2 = 1/2 Ee3 = 3/4 E0 Und eo = Eo
Substituierung der Gleichutieen 2 in die Gleichung 1 ergibt
= 3Cs, C2 = C8 und C3 = 1/3 Cs (3)
Man sieht, daß durch Auswählen der zusätzlichen Kapa zitäten C1, C2 und C_ parallel zu den einzelnen Silizium-
2 0 9 8 0 8/1341
-«■- 2H0071
scheiben wie in den Gleichungen 3 die Spannung über die Gleichrichtereinheit gleichmäßig auf die einzelnen Scheiben aufgeteilt wird.
Wie gezeigt ist, werden erfindungsgemäß durch Anordnung des Leiterdrahts 17 zusätzliche Kapazitäten äußerlich an den wecliselstromseitigen Siliziumscheiben vorgesehen, um äquivalent die Übergangskapazität C_ der wechseistromseitigen Siliziumscheiben zu steigern und so den Einfluß der freien Kapazität Cc aufzuheben. Wie sich aus der Gleichung 3 ergibt, ist es ideal, den Abstand zwischen dem Leiterdraht 17 und der Gleichrichtereinheit 10 von der Seite der Wechselstromelektrode 12 zur Seite der Gleichstromelektrode fortlaufend größer zu machen. Indessen wurde experimentell bestätigt, daß auch, wenn sich der Leiterdraht 17 wie im vorliegenden Ausführungsbeispiel im wesentlichen parallel zur Gleichrichtereinheit 10 erstreckt, eine genügend gleichmäßige Aufteilung der Spannung erzielbar ist solange sich der Leiterdraht 17 nur über einen Teil der Gleichrichtereinheit 10 an dessen Wechselstromseite erstreckt.
Bei diesem Aufbau ist es möglich, die Abmessungen der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung zu verringern und ihre Abmessungsgenauigkeit zu steigern.
Wenn der Leiterdraht 17 zum Schaffen zusätzlicher Kapazitäten am wechselstromseitigen Teil der Gleichrichtereinheit 10 ein dünner Draht ist, sollte er so behandelt werden, daß ein scharfes Ende vermieden wird und sich das elektrische Feld am Drahtende nicht konzentrieren kann. Hierzu ist das Umfalten des Drahtendes, wie es bei 171 in
209808/1341
- »r - · 2H0071
Fig. 2 angedeutet ist, die einfachste Maßnahme, doch auch andere geeignete Maßnahmen lassen sich anwenden, wie z. B. die Schaffung eines kugelförmigen Teils am Drahtende, das Aufwickeln eines leitenden Bandes auf den Draht oder die Anbringung eines leitenden Überzuges auf dem Draht. Eine solche Behandlung ist wesentlich, wo die Spannung über die Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung groß ist.
Wie schon erwähnt, ist die seitliche Durchbrtichsspannung der Siliziumscheiben im Vergleich mit ihrer p-Übergangsdurchbruchsspannung (Gegenspannung) äußerst gering. Daher sollten beim Aufbau der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung durch Zusammensetzen von Siliziumscheiben zu einem stangenartigen Stapel Maßnahmen ergriffen werden, um die seitliche Durchbruchsspannung der Scheiben zu verbessern. Erfindungsgemäß wird der stangenartige Stapel der Siliziumscheiben eng von dem ersten Isolierkörper 16 umhüllt, wie in Fig. 2 gezeigt ist. Mit dieser Maßnahme läßt sich die seitliche Durchbruchsspannung der Siliziumscheiben bis auf die Durchschlagsspannung des Isolierkörpers erhöhen.
Außerdem wird die Gleichrichtereinheit 10 zusammen mit dem Leiterdraht 17 in dem äußeren Isolierkörper 18 eingeschlossen. So ist es möglich, die Abmessungen der Hocbspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung zu verringern.
Fig. k zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung gemäß der Erfindung, Sie besteht hier aus h Gleichrichtereinheiten 10a, 10b, 10c und 1Od, die alle in einem äußeren Isolier-
209308/1341
2U0071
körper 1° aus einem solchen Material wi.e Epoxyharz eingeschlossen sind. Bei diesem Aufbau läßt sich die Ausbeute verbessern. Je höher die Spannung über die Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung ist, desto größer ist die erforderliche Zahl der Siliziumscheiben, die zusammenzustapeln sind, und desto langer ist der stangenartige Stapel. Bei diesem Ausführungsbeispiel kann, auch wenn eine Gleichrichtereinheit eine fehlerhafte Scheibe enthält, die Vorrichtung zufriedenstellend arbeiten.
In der Vorrichtung nach Fig. 4a erstreckt sich der Leiterdraht 17 bis zur Nachbarschaft der Gleichstromelektrode 13 der zweiten Gleichrichtereinheit (Ob1 Wo die Spannung über die Hochspannungs-Halbleitergleiohrichtervorrichtung groß ist, so daß ein langer Scheibenstapel oder eine Mehrzahl von Gleichrichtereinheiten (in diesem Beispiel 4 Einheiten) in Reihenschaltung erforderlich ist, kann man mehrere Leiterdrähte 17a} 17b und 17c vorsehen, wie in Fig. 4b dargestellt ist.
Die folgende Tabelle 1 bringt die Spannungsanteile, die von den einzelnen Gleichrichtereinheiten 10a, 10b, 10c und 1Od aufgenommen werden, wenn die Hochsparmungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung nach Fig. 4 bei einem Hochspannungs-Stromquellenkreis für einen Fernsehempfänger eingesetzt wird.
Tabelle I
Gleichrichtereinheit 10 a 10 b 10 c 1Od
Vorrichtung A 80# 15 # 3 # 2 $
Vorrichtung B 20 # 30 % 30 # 20 $>
0 9 8 0 8/1341 BAD ORIGINAL
2U0071
Die Vorrichtung A enthält keinen Leitedraht wie den Leiterdraht 17, während die Vorrichtung B erfindungsgemäß mit dem Leiterdraht 17 versehen ist.
Wie die Tabelle zeigt, ist bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung B die Spannungsverteilung im Vergleich mit der Vorrichtung A gleichmäßiger.
Die Herstellung einer Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung gemäß der Erfindung soll nun unter Bezugnahme auf Fig. 5 näher erläutert werden.
Fig. 5a zeigt eine einzelne Siliziumscheibe, die nach einem bekannten Verfahren mit einem Aluminiumniederschlag bis zu einer Dicke von etwa 10 /u auf einer oder beiden Hauptoberflächen 20b einer siliziumunterlage 20a versehen ist. Eine Mehrzahl solcher Siliziumscheiben 20a werden zusammengestapelt, wobei die Hauptoberflächenseite, die mit dem Aluminiumniederschlagsfilm versehen ist, in konstanter Ausrichtung orientiert ist. Statt der Stapelung von Siliziumscheiben mit einem Aluminiumfilm ist es auch möglich, Aluminiumfolien zwischen benachbarten Siliziumscheiben ohne Aluminiumfilm einzufügen.
Der in vorstehender Weise erhaltene Stapel wird dann in einen Ofen gebracht und 10 Minuten auf eine Temperatur von 700 C erhitzt, um die Siliziumunterlagen 20a miteinander über die Zwischenlagen von Aluminium,zu verbinden, woraus sich ein zylindrischer Halbleiterblock 20 entsprechend Fig. 5b ergibt.
Der Halbleiterblock 20 wird dann nach parallelen Ebenen
20980871341
- Ml·- 2H0071
parallel zu den angedeuteten Linien X-X und Y-Y längs geschlitzt. In vorstehender Weise erhält man rechteckige stangenartige Stapelkörper 11, wie einer typisch in Fig. 5c dargestellt ist. Die Eckkanten des stangenaretigen Stapels 11 werden abgerundet, um die Konzentration des elektrischen Feldes an den Ecken zu verhindern und dadurch die Verringerung der Durchbruchsspannung zu vermeiden. Dann werden Wolfram-Elektroden 12 und 13 mit dem gleichen Wärmeausdehnungskoeffizienten wie dem von Silizium an den entgegengesetzten Enden des stangenartigen Stapels 11 mittels Aluminium fest angebracht, um so die Gleichrichtereinheit 10 fertigzustellen.
Da Wolfram hart ist und nicht geschlitzt werden kann, werden die Elektroden einzeln nach dem Pulverformverfahren gebildet.
Danach werden Zuführungen Ik und 15 aus Leiterdrähten, wie z. B. Kupferdrähten elektrisch an den zugehörigen Elektroden 12 und 13 der Gleichrichtereinheit 10 angeschweißt, wie in Fig. 5d erläutert ist^ Dann werden der Stapel 11 und die Elektroden 12 und 13 «nit dem ersten Isolierkörper 16 aus Lack bedeckt. Anschließend wird ein Leiterdraht 1? mit einem umgefalteten Endteil elektrisch an der wechselstromseitigen Zuführung Ik angeschweißt. Dann wird die Einheit mit dem äußeren Isoliermaterial, wie z. B. Epoxyharz, umkleidet. In der vorstehenden Weise läßt sich eine Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung entsprechend Fig. erhalten.
Bei dem vorstehenden Herstellungsverfahren müssen die Elektroden 12 und 13 getrennt nach dem Pulverformverfahren
209808/1341
2H0071
hergestellt und dann einzeln an dem Stapel 11 angebracht werden, so daß die Fertigungsleistung und Ausbeute sehr gering sind. Dieser Nachteil läßt sich überwinden, indem man vorher die Elektroden in Form von p- oder n-Hochverunreinigungskonzentrations-Siliziumscheiben mit dem Halbleiterblock 20 verbindet, so daß das Längsschlitzen direkt zu den stangenartigen Stapeln 11 führt. Dabei soll jede Elektrodenscheibe dicker als die p-n-Übergänge bildenden Siliziumscheiben sein.
Wenn eine Mehrzahl von Gleichrichtereinheiten 10 in Reihe geschaltet werden, ist der Aufbau nach Fig. k zur Erleichterung des Einbaus der Einheiten in Fernsehempfänger unter Verringerung der Abmessung der Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung geeignet. Dieser Atifbau soll nun im einzelnen unter Hinweis auf Fig. 6 erläutert werden. Dort sind Gleichrichtereinheiten 10c und 1Od dargsteilt, die zunächst mit einzelnen weiteren Isolierkörpern 18 bedeckt sind, die ihrerseits zusammen mit einem äußeren Isolierkörper 19 eingefaßt sind. Dieser Aufbau läßt sich nach dem sogenannten Zweistufenformverfahren fertigstellen. In der ersten Stufe wird jeder Stapel in einer entsprechenden Form angebracht. Anschließend wird eine Schmelze von Epoxy- oder Silikoneharz in die Form gegossen und zum Erstarren gebracht, so daß sich der weitere Isolierkörper 18 ergibt« In der zweiten Stufe werden, die Gleichrichtereinheiten 10c und 1Od mit dem weiteren, in der ersten Stufe gebildeten Isolierkörper in eine zweite Form gebracht, und ein geschmolzenes Harz, s, B, das gleiche wie bei der ersten Stufe, wird in die zweite Form gegossen und bei einer Aushärtungstemperatur ausgehärtet, die gleich oder unter der bei der ersten Aushärtungsstufe verwendeten ist, so daß der äußere Isolierkörper 19 erhalten wird.
BAD ORIGINAL 203 8 08/1341
2 H O O 7
Beim bekannten Zweistufenformverfahren ist dagegen die Aushärtungstemperatur in der zweiten Formstufe höher- als die in der ersten Formstufe, so daß der in der ersten Formstufe gebildete Körper durch die Aushärtungstemperatur in der zweiten Formstufe beeinträchtigt wird. Insbesondere erleidet der Formkörper der ersten Formstufe eine Ausdehnung in der zweiten Formstufe, so daß die Siliziumscheiben und Elektroden, die mit dem ersten Formkörper fest verbunden sind und einen niedrigeren Wärmeausdehnungskoeffizienten als dieser aufweisen, leicht beschädigt oder abgeschält werden und sich daher ein Ausschußprozentsatz von etwa 10 0Jo ergibt.
Bei dem Zweistufenformverfahren entsprechend der Erfindung läßt sich der Ausschußprozentsatz auf etva 0 fo senken·
Bei der für die Hochspannungsstromquelle verwendeten Halbleitervorrichtung geraten die Isolierkörper aufgrund von Korona- und Funkenentladung leicht inBrand, Dieses Problem läßt sich durch Verwendung von nichtbrennbaren Harzen, wie z. B. Polypropylen- und schwerbrennbaren Epoxyharzen zur Bildung der Isolierkörper ausschalten.
Wie die Beschreibung zeigt, ist es erfindungsgenaß möglich, eine Hochspannungs-Halbleitergleichrichter-vorrichtung mit geringen Abmessungen frei von teilweiser Spannungskonzentration an den wechselstromsej-tigen Siliziumscheiben herzustellen.
BAD ORIGINAL
209808/1341

Claims (1)

  1. 2H0071
    Patentansprüche
    1. JHochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung mit mindestens einer Gleichrichtereinheit mit einem stangenartigen Stapel einer Mehrzahl von Siliziumscheiben, einem Paar von an den entgegengesetzten Enden des stangenartigen Stapels angebrachten, mit je einer Zuführung versehenen Elektroden und einem den stangenartigen Stapel eng umhüllenden ersten Isolierkörper, dadurch gekennzeichnet , daß wenigstens ein sich im wesentlichen parallel zum stangenartigen Stapel (11) von der wechselstromseitigen Elektrode (12) in Richtung zur gleichstromseitigen Elektrode (13) des Elektrodenpaares erstrekkender Leiterdraht (17) vorgesehen ist, der auf dem gleichen Potential wie die wechselstromseitige Elektrode (12) gehalten wird, und daß ein äußerer Isolierkörper (18 bzw. 19) die Gleichrichtereinheit (iO) und den Leiterdraht (17) völlig einschließt.
    2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Gleichrichtereinheiten, dadurch gekennzeichnet, daß sich wenigstens ein Leiterdraht (17) im wesentlichen parallel zu den stangenartigen Stapeln (11) von einer der Wechselstromseite nächsten Elektrode (12) in Richtung zu einer der Gleichstromseite nächsten Elektrode (13) erstreckt und auf dem gleichen Potential wie die der Wechselstromseite nächste Elektrode (12) gehalten wirdo
    3. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Mehrzahl von in Reihe geschalteten Gleichrichtereinheiten, dadurch ge-
    209808/1341
    Iy*- 2U0071
    kennzeichnet, daß innerhalb des äußeren Isolierkörpers 09) ein weiterer Isolierkörper (18) den ersten Isolierkörper (16) bedeckt und daß sich wenigstens ein Leiterdraht (17) im wesentlichen parallel zu den Gleichrichtereinheiten (i0a, 10b, 10c, 1Od) von der wechselstromseitxgen Elektrode
    (12) einer der Wechselstromseite nächsten Gleichrichtereinheit (i0a) in Richtung zur gleichstromseitigen Elektrode
    (13) der nächsten Gleichrichtereinheit (10b) erstreckt und auf dem gleichen Potential wie die wechselstromseitige Elektrode (12) der der Wechselstromseite nächsten Gleichrichtereinheit (i0a) gehalten wird.
    h. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterdraht (17) ein mit einem Mittel zur Verhinderung der Konzentration des elektrischen Feldes versehenes Ende (171) aufweist.
    5. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie eine Mehrzahl von Leiterdrähten. (17; 17a> 17b, 17c) verschieden abgestufter Länge aufweist.
    6. Vorrichtung nach Anspruch 2, 3 oder h, dadurch gekennzeichnet, daß der Leiterdraht (z. B. 17) ein umgefaltetes Ende (171) aufweist.
    7. Vorrichtung nach Anspruch 1, 2 oder 3> dadurch gekennzeichnet, daß die Elektroden (12, I.3) der Gleichrichtereinheit (10) bzw. Gleichrichtereinheiten (iOa, 10b, 10c, 1Od) aus im Vergleich mit den Siliziumscheiben dickeren
    209808/13
    -jr-
    Halbleiterscheiben holier Verun^einigungskonsientration ohne p-n-8bergang bestehen.
    S„ Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der äußere Isolierkörper (19) durch Aushärten bei einer niedrigeren Temperatur als der Aüshartungstemperatur des weiteren Isolierkörpers (t8) gebildet ist.
    9v Vorrichtung nach Anspruch 3» dadurch gekennzeichnet, daß die Isolierkörper (l6, 18, 19) aus einem nicht brennbaren Isolierharz bestehen.
    209808/1341
    Leerseife
DE19712140071 1970-08-12 1971-08-10 Hochspannungs-halbleitergleichrichter Ceased DE2140071B2 (de)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP45070068A JPS5122610B1 (de) 1970-08-12 1970-08-12

Publications (2)

Publication Number Publication Date
DE2140071A1 true DE2140071A1 (de) 1972-02-17
DE2140071B2 DE2140071B2 (de) 1976-01-29

Family

ID=13420833

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
DE19712140071 Ceased DE2140071B2 (de) 1970-08-12 1971-08-10 Hochspannungs-halbleitergleichrichter

Country Status (3)

Country Link
US (1) US3811084A (de)
JP (1) JPS5122610B1 (de)
DE (1) DE2140071B2 (de)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3415446A1 (de) * 1983-04-25 1984-10-25 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Gegossene harz-halbleitervorrichtung

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3913127A (en) * 1971-10-01 1975-10-14 Hitachi Ltd Glass encapsulated semiconductor device containing cylindrical stack of semiconductor pellets
US3909699A (en) * 1974-09-25 1975-09-30 Int Rectifier Corp Low impedance transmission line for bypassing radio frequency energy around high voltage rectifier stacks
CN101488644B (zh) * 2009-02-13 2011-11-09 江苏雷宇高电压设备有限公司 一种自动换极性油浸硅堆

Family Cites Families (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE1265285B (de) * 1959-09-26 1968-04-04 Siemens Ag Stromrichteranlage mit Halbleiterventilen und Spannungsstabilisierungselementen
US3128421A (en) * 1961-05-19 1964-04-07 Tung Sol Electric Inc Series rectifier circuit with capacity compensating means
NL288761A (de) * 1963-02-08
US3278826A (en) * 1963-03-19 1966-10-11 Westinghouse Electric Corp Rectifier assembly
DE1283967B (de) * 1964-06-04 1968-11-28 Mueller C H F Gmbh Abgeschirmter Hochspannungsgleichrichter
US3373335A (en) * 1964-12-22 1968-03-12 Electronic Devices Inc Stacked assembly of rectifier units incorporating shunt capacitors
US3394037A (en) * 1965-05-28 1968-07-23 Motorola Inc Method of making a semiconductor device by masking and diffusion
FR1473250A (fr) * 1966-01-31 1967-03-17 Comp Generale Electricite Dispositif redresseur de puissance pour très haute tension
US3454841A (en) * 1967-03-20 1969-07-08 Electronic Devices Inc Neutralized solid-state rectifier
US3474309A (en) * 1967-06-30 1969-10-21 Texas Instruments Inc Monolithic circuit with high q capacitor
GB1236448A (en) * 1967-11-24 1971-06-23 Arnim Karl Schimmer A static converter for supplying a high direct voltage to a discharge electrode
US3617825A (en) * 1968-12-23 1971-11-02 George E Chilton Multijunction photodiode detector
US3657632A (en) * 1969-10-29 1972-04-18 Matsushita Electric Ind Co Ltd Rectifying device

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3415446A1 (de) * 1983-04-25 1984-10-25 Mitsubishi Denki K.K., Tokio/Tokyo Gegossene harz-halbleitervorrichtung
US4849803A (en) * 1983-04-25 1989-07-18 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Molded resin semiconductor device

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5122610B1 (de) 1976-07-10
US3811084A (en) 1974-05-14
DE2140071B2 (de) 1976-01-29

Similar Documents

Publication Publication Date Title
EP0578116B1 (de) Ausgangskondensatoranordnung eines Schaltnetzteils
DE2306917B2 (de) Drosselspule oder Transformator
EP2659532B1 (de) Batteriemodul mit verringerter gesamtinduktivität
DE2726040A1 (de) Hochfrequenz-halbleitereinrichtung
DE68908234T2 (de) Integrierter Kondensator und Spulen/Transformatoren mit isoliertem, amorphem Metallband.
EP2302782A1 (de) Stromrichteranordnung
DE10030605A1 (de) Elektronisches Bauteil
DE102016116342A1 (de) Spulenvorrichtung und drahtlos-leistungsübertragungsvorrichtung
DE69022599T2 (de) Hochspannungsleistungsversorgung.
DE3125240C2 (de) Gleichhochspannungsgenerator
DE102015101087A1 (de) Schaltungsanordnung
DE60108583T2 (de) Stromerzeugungssystem mit Statorspulen zur Spannungsverteilung zwischen inneren Kühlrohren und Wicklungssträngen sowie dazugehörige Verfahren
DE2247159A1 (de) Hochspannungs-halbleiteranordnung
DE3609458A1 (de) Halbleitervorrichtung mit parallel geschalteten selbstabschalt-halbleiterbauelementen
DE2140071A1 (de) Hochspannungs-Halbleitergleichrichtervorrichtung
DE102014110346A1 (de) Kompakte Struktur einer Leistungszufuhrvorrichtung, die ein elektromagnetisches Rauschen minimieren kann
DE3205650C2 (de) Leistungsgleichrichteranordnung
DE3879499T2 (de) Aufgewickeltes kapazitätsbauelement mit kontrollierter impedanz.
DE102018210417A1 (de) Batteriezelle mit integriertem heizelement
DE3201296A1 (de) Transistoranordnung
DE102019217976B4 (de) Folienkondensator für Leistungselektronik
DE102017210419A1 (de) Zwischenkreiskondensator
DE2307227B2 (de) Hochspannungsvervielfacherbaugruppe für die Spannungsversorgung von Kathodenstrahlröhren
DE2364920B2 (de) Spannungsvervielfacher-Gleichrichtervorrichtung in Kaskadenschaltung zur Erzeugung der Hochspannung für Kathodenstrahlröhren, insbesondere in Fernseh-
DE69407637T2 (de) Leistungsversorgung mit mindestens zwei schaltenden Brücken

Legal Events

Date Code Title Description
8235 Patent refused