DE3134922A1

DE3134922A1 - Halbleiter-gleichrichtervorrichtung

Info

Publication number: DE3134922A1
Application number: DE19813134922
Authority: DE
Inventors: Katsuhiko Yokohama Kubota; Toshinobu Kawasaki Sekiba; Yoshiharu Tokyo Yotsumoto
Original assignee: Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1980-09-04
Filing date: 1981-09-03
Publication date: 1982-04-01
Also published as: JPS5746662A; FR2489593A1; IT8123757A0; JPS641938B2; IT1138560B; ES505186A0; US4604643A; DE3134922C2; ES8206095A1; FR2489593B1

Description

, 3134922 * 3. Sep. 88t

"Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung"

Die Erfindung betrifft eine Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung für eine Kraftfahrzeug-Lichtmaschine.

Kraftfahrzeuge sind üblicherweise mit einer sog. Lichtmaschine zum Aufladen eines Akkumulators ausgerüstet. Für diesen Zweck wird normalerweise eine Wechselstromlichtmaschine bzw. ein Synchrongenerator (alternator)

IQ verwendet, wobei die von dieser bzw. diesem erzeugte Wechselspannung beispMsweise durch eine in Fig. 1 dargestellte Gleichrichterschaltung 12\gleichgerichtet wird. Fig. 1 veranschaulicht eine Schaltungsanordnung aus der mit der Wechselstromlichtmaschine 14 gekoppelten Gleichrichterschaltung 12, wobei Statorwicklungen 16, 18 und 20 in Sternschaltung angeordnet sind und drei Diodenpaare -22a und 22b, 24a und 24b bzw. 26a und 26b einen Vollweg-Gleichrichter zur Vollweggleichrichtung einer von der Wechselstromlichtmaschine 14 erzeugten Wechselspannung bilden. Die Verzweigungs- bzw. Verbindungspunkte dieser Diodenpaare 22a und 22b, 24a und '24b, 26a und 26b sind jeweils an die anderen.Enden der Statorwicklüngen T6, 18 bzw. 20 angeschlossen. Die Kathoden der Dioden 22a, 24a und 26a sind gemeinsam an eine Plusklemme eines Akkumulators bzw. Sammlers 28 angeschlossen, während die Anoden der Dioden 22b, 24b und 26b an einer Minusklemme des Akkumulators 28 zusammengeschaltet sind. · Bei dieser Anordnung wird der Akkumulator 28'durch den von der Wechselstromlichtmaschine erzeugten Strom aufgeladen.

Fig. 2 veranschaulicht im Schnitt eine bisherige Gleichrichtervorrichtung der Art, wie sie in der Praxis bei der Schaltungsanordnung nach Fig. 1 verwendet wird. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 umfaßt ein Gehäuse 32, einen Ständer bzw. Stator 34 und einen Lüfter 38, der sich in Abhängigkeit von der Drehung einer Brennkraftmaschine dreht und'das Innere des Gehäuses 32 mittels eines Luft-

Stroms kühlt. Im Gehäuse 32 ist eine Halbleiter-Gleichrichtereinheit 40 angeordnet, die Dioden 22a, 22b, 24a, . 24b, 26a und 26b aufweist und den Aufbau gemäß den Fig.3 bis 5 besitzt. Diese Gleichrichtereinheit 40 weist zwei in den Fig. 3 bzw. 4 dargestellte Elektroden-Leitplatten 42 und 44 auf, die einander gegenüberstehen und zwischen denen die Anordnung aus den Dioden 22a - 26b angeordnet ' ist. Die beiden Leitplatten 42 und 44 sind unter fester gegenseitiger Berührung ihrer in den Fig. 3 und 4 sichtbaren Flächen fest miteinander verbunden. Fig. 5 ist ein in vergrößertem Maßstab gehaltener Schnitt längs der Linien V-V in den Fig. 3 und 4 durch die fest miteinander verbundenen Elektroden-Leitplatten 42 und 44. Die Leitplatte 42 umfaßt zwei hufeisenförmig zusammengesetzte Elektroden-Leit-: bzw. -Tragelemente 46 und 48. Ein Isolierelement 50 aus einem thermisch härtbaren Kunststoff, wie Epoxyharz, dient zur mechanischen Befestigung der · zusammengesetzten Leitplatten 42 und 44 sowie zu ihrer gegenseitigen elektrischen Isolierung. Die Leitplatte" 44 umfaßt Elektroden-Tragelemente 52, 54 und

• 56, die hufeisenförmig .zusammengesetzt und dabei bei.miteinander verbundenen Leitplatten 42, 44 einwandfrei auf die hufeisenförmigenTragelemente 46 und 48 der Leitplatte 42 ausgerichtet sind. Das Isolierelement 50. dient auch

25' bei der Leitplatte 44 zur elektrischen Isolierung und zur mechanischen Befestigung der Tragelemente 52 - 56. Die Tragelemente 46 und 48 weisen jeweils drei konkave Bereiche, d:h. Ausnehmungen 60a - 60c bzw. 62a - 62c auf, in denen die Dioden 22a, 22b, 24a, 24b, 26a bzw. 26b angeordnet sind. Die Elektroden-Tragelemente 52,· 54 und 56 sind jeweils mit Eirigangsklemmen 64, 66 bzw. 68 versehen, die ihrerseits mit jeweils einer Statorwicklung 16, 18 bzw. 20 der Wechselstromlichtmaschine 14 verbunden sind. Die Tragelemente 46 und 48 weisen Gleichspannungs-Ausgangsklemmen 70 bzw. 72 auf, die mit Plus- bzw. Minusklemme des Akkumulators 28 verbunden sind. Die Anordnung aus den Elektroden-Leitplatten 42 und 44 ist mittels des Isolierelements 50 vergossen, so daß die Dioden

t · III«

22a - 26a in den Ausnehmungen 60a — 62c zwischen den . miteinander verbundenen Leitplatten 42 und 44 gekapselt sind; diese Leitplatten sind auf diese Weise mechanisch aneinander befestigt, aber elektrisch gegeneinander iso— liert. Als Isolierelement 50 wird im allgemeinen ein vor~ imprägnierter Werkstoff in Form von mit Epoxyharz imprägnierten Glasfasern verwendet.

Das Isolierelement 50 zwischen den Leitplatten 42 und 44 bei dieser Gleichrichtereinheit besitzt ein niedriges Wärmeleitvermögen. Infolgedessen ist die Wärmeabstrahlung der gesamten Gleichrichtereinheit 40 gering, weshalb bei dieser bisherigen Gleichrichtereinheit eine Kühleinrichtung vorgesehen ist. Zu diesem Zweck ist zwischen dem Gehäuse 32 und der Halbleiter-Gleichrichtereinheit 40 ein Zwischenraum vorgesehen,-der von"einem Kühlluftstrom durchströmt werden kann. Zur Verbesserung der Wärmeabstrahlleistung muß außerdem die Abstrahlfläche · vergrößert werden.

·

Aus den genannten Gründen vergrößert sich die Oberfläche

der bisherigen Gleichrichtereinheit horizontal auf 50 cm..

Infolgedessen besitzt diese Einheit auch ein vergleichsweise großes Gewicht von etwa 133 g.. Wegen der großen Abmessungen wird häufig der Kühlluftstrom in" die Vorrichtung beeinträchtigt. Gemäß Fig. 2 ist ein Teil des ' Elektroden-Tragelements 46 unmittelbar am Gehäuse 32 angebracht, während das andere Tragelement 48 gegenüber dem Gehäuse 32 isoliert sein muß, was zu einer Verschlechterung der Wärmeleitfähigkeit führt. Der thermische Widerstand der gesamten Gleichrichtereinheit beträgt somit ungefähr 7°C/W, was einen beträchtlichen Temperaturanstieg zur Folge hat,

.Um die Ahstrahlungsleistungen der Leitplatten 42 und 44 aneinander anzugleichen, muß die Oberfläche des vom Gehäuse 32 getrennten Tragelements 48 größer sein als diejenige des Tragelements 46. Bei der Konstruktion der

-■τι Gleichrichtereinheit muß dieser Tatsache somit Rechnung getragen werden.

Zur Lösung der vorstehend geschilderten Schwierigkeiten wurde nun bereits eine in Fig. 6 dargestellte.Gleichrichtereinheit entwickelt. Dabei ist eine Metallschicht \ ■ 86 aus z.B. Kupfer unter Zwischenfügung eines Isolier-■' ' elements 84 aus Glasfaser/Epoxy oder Polyimidharz thermisch mit der einen Fläche eines z.B. aus Kupfer be-■. · 10 stehenden Substrats 82 verbunden bzw. gekoppelt, des-

■ . sen andere Fläche fest am Gehäuse 32 der Wechselstrom-' ' lichtmaschine befestigt ist. Die Anode einer Diode 88

ist am Substrat 82 angelötet. Die Kathode einer anderen Diode 90 ist'mit der Kupferschicht 86 verbunden. Die Kathode der Diode 88 und die Anode der Diode" 90 sind mittels einer Elektrodenplatte 92 zusammengeschaltet. Drei Kombinationen mit jeweils Dioden 88 und 90 sowie einer Elektrodenplatte 92 sind auf demselben Substrat 82 ausgebildet. Die Elektroden dieser Kombination(en) sind jeweils an eine der Statorwicklungen 16, 18 bzw. 20 angeschlossen.

Die Gleichrichtereinheit mit dem beschriebenen Aufbau wird mit einer Gleichspannung beschickt, wobei der Pluspol am Substrat 82 und der Minuspol an der Metallschicht 86 liegen. Diese Gleichrichtereinheit besitzt ein niedriges Gewicht und kleine Abmessungen. Außerdem ist das Substrat 82 in inniger Berührung mit dem Lichtmaschinen-Gehäuse an diesem befestigt, so daß die Wärmeabstrahiungsleistung vergleichsweise groß ist. Wie erwähnt, ist bei dieser Gleichrichtereinheit ein isolierendes Harz, wie Glasfaser/Epoxy oder Polyimid, zwischen der Metallschicht 86 und dem Substrat 82 angeordnet. Wegen der Verwendung eines isolierenden Harzes besteht (allerdings) eine Grenze für die Herabsetzung des thermischen Widerstands. Wie Versuche gezeigt haben, entsteht dabei zwischen den Dioden 88 und 90 ein Temperaturgefälle in der Größenordnung von 1O°C

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oder mehr.

Aufgabe der Erfindung ist damit insbesondere die Schaffung einer verbesserten Halbleiter-'Gleichrichtervorrich^·- . tung, die kleine Abmessungen, niedriges.Gewicht und ein hohes Wärmeabstrahlvermögen besitzt.

Diese .Aufgabe wird bei einer Halbleiter—Gleichrichtervorrichtung der angegebenen Art erfindungsgemäß gelöst durch 'ein wärmeabstrahlendes Substrat, durch eine durch Flammspritzen aufgebrachte bzw- Flammspritz~-Isolierschicht, die selektiv auf einer Oberfläche des Substrats ausgebildet ist, durch mindestens eine selektiv auf der ■ genannten Fläche des Substrats ausgebildete erste Flamm— · spritz-Metallschicht, durch eine selektiv auf der Flammspritz-Isolierschicht ausgebildete zweite Metallschicht, durch eine Gleichrichterelementschaltung mit ersten und zweiten Gleichrichterelementen, die an Anschlüssen unterschiedlicher Polarität elektrisch mit der ersten Flamme spritz-Metallschicht und'der zweiten Flammspritz-Metall- ■ schicht verbunden sind, und durch E.lektrodene lernen te zur · elektrischen Verbindung der Anschlüsse der Gleichrichterelemente, welche eine den an die ersten und zweiten Flammspritz-Metallschichten angeschlossenen Anschlüssen entgegengesetzte Polaritäten besitzen, unter Bildung einer geschlossenen Schaltung, .

Im folgenden sind bevorzugte Aus führung s'formen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der beigefügten Zeichnung näher erläutert* Es zeigen:

Fig. 1 ein Schaltbild einer mit einer Wechselstromlichtmaschine zusammengeschalteten Gleichrichterschaltung,
35

Fig, 2 eine Schnittansicht einer bisherigen Wechselstromlichtmaschinen-Gleichrichteranordnung mit der Schaltungsanordnung nach Fig. 1,

* * λ st a * Λ <t(j>

* fc » * tow «* ·4 * * ■»

Fig. 3 und 4 Aufsichten auf Hauptteile einer Gleichrichtervorrichtung bei der Anordnung nach Fig. 2,

Fig. 5 einen in vergrößertem Maßstab gehaltenen

Schnitt längs der Linien V-V in Fig. 3 und 4,

Fig. 6 eine Schnittansicht einer anderen bisherigen Halbleiter-Gleichrichtervörrichtung,

Fig. 7 eine perspektivische Darstellung einer Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung mit Merkmalen nach der Erfindung, . '. · '

Fig. 8 eine perspektivische Darstellung einer

Substratanordnung bei der Vorrichtung nach Fig.. 7,

Fig. 9Ά bis 9D 'Schnittansichten zur Verdeutlichung der

Verfahrensschritte bei der Herstellung der Substratanordnung nach .Fig. 8 und

Fig. 10 und 11 der Fig. 8 ähnelnde Darstellungen von Beispielen für andere Substratanordnungen.

Die Fig. 1 bis 6 sind eingangs bereits erläutert worden.

In Fig. 7 ist eine spezielle Ausführungsform einer Gleichrichtervorrichtung gemäß der Erfindung dargestellt, wobei eine wärmeabstrahlende Substratanordnung 92 dieser Gleichrichtervorrichtung zur besseren Verdeutlichung der Erfindung in Fig. 8 getrennt veranschaulicht ist.

Im folgenden ist zunächst der Aufbau der wärmeabstrahlenden Substratanordnung 92 anhand von Fig. 8 erläutert. Bei dieser Substratanordnung ist ein Subs träte lenient 96 aus Aluminium (Al) mit einer Dicke von 2 mm an seinen Ecken mit vier Schraubenbohrungen 94a bis 94d versehen/ mit deren Hilfe das Substratelement 96 am Gehäuse der Wechselstromlichtmaschine befestigbar ist. Auf dem Substratelement 96 wird nach einem Flammspritz- bzw. _sprühverfahren, beispielsweise nach einem Plasmaflammspritz-verfahren,

IQ eine entsprechende Isolierschicht 98 aus einem Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Siliziumdioxid (SiO₂)/ mit einer Dicke von z.B. 50 bis 150 um selektiv ausgebildet. Sodann werden beispielsweise nach dem Plasma-Flammspritzverfahren entsprechende Metallschichten 100 _r 102 und 104 aus ζ.B. Kupfer mit einer Dicke von 50 bis 150 hm selektiv auf dem Substratelement 96 geformt. Eine zweite Metallschicht 106 aus z.B. Kupfer mit einer Dicke von 50 bis -150 um wird hierauf nach dem Flammspritzverfahren selektiv auf dem durch Flammspritzen aufgebrachten Isoliermaterial 98 geformt.

Auf der auf diese Weise hergestellten Substratanordnung .92 werden gemäß Fig. 7 zur Herstellung der erfindungsgemäßen Gleichrichtervorrichtung verschiedene erforderliche Bauteile montiert. Bei der dargestellten Anordnung werden drei Dioden 108, 110 und 112 mit den Flammspritz-Metall-· schichten 100, 102 bzw. 104 zugewandten Anoden an diesen Metallschichten angelötet. An der zweiten Flammspritz- ' Metallschicht 106 werden drei Dioden 114, 116 und 118 so angelötet, daß ihre Kathoden der Metallschicht 106 zugewandt sind. An der zweiten Metallschicht wird weiterhin das eine Ende einer zapfenförmigen Elektrode 120 angelötet. Die Kathode der Diode 108 und die Anode der· Diode 114 werden unter gegenseitiger elektrischer Verbindung an einem waagerechten Abschnitt 122a einer L-förmigen Elektrodenplatte 122 angelötet. Auf ähnliche Weise werden die Kathode der Diode 110 und. die Anode der Diode 116 unter gegenseitiger elektrischer Verbindung an einem

waagerechten·Abschnitt 124a einer L-förmigen Elektrodenplatte 124 angelötet. Weiterhin werden die Kathode der Diode 112 und die Anode der Diode 118 unter Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen ihnen an einem ■ 5 waagerechten Abschnitt 126a einer L-förmigen Elektrodenplatte 126 angelö.tet.

Zum Schütze der. zapfenförmigen bzw. Stabelektrode 120 sowie der L-förmigen Elektroden 122, 124 und 126 vor von außen einwirkenden mechanischen Kräften wird ein aus einem festen Werkstoff, wie Aluminium, bestehendes Abdeckelement am Substratelement· 96 befestigt, wobei für die thermische Verbindung eine Harzmasse, wie Glasfaser/Epoxy oder PoIyimid, verwendet wird. Aus noch näher zu erläuternden Gründen ist es erforderlich, für das Abdeckelement 128 einen nichtplastischen Werkstoff zu verwenden. Die lotrechten Abschnitte 122b, 124b und 126b der L-förmigen Elektrodenplatten 122, 124 bzw. 126 sowie die Stabelektrode 120 sind aus dem Abdeckelement 128 herausgeführt. Die Zwischenräume zwischen der Stabelektrode 120 und den Elektrodenplatten 122 bis 126 einerseits sowie dem Abdeckelement 128 andererseits werden mit einem isolierenden Kunstharzelement 130 ausgefüllt und luftdicht verschlossen.

wenn die Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung mit dem beschriebenen Aufbau am Gehäuse 32 (Fig. 2) montiert und mit der Wechselstromlichtmaschine 14 (Fig.1) verbunden ist, ist das Substratelement 96 in inniger Berührung mit Innen- oder Außenseite des Gehäuses 32 an diesem befestigt.

Die lotrechten Abschnitte 122b, 124b und 126b der L-förmigen Elektrodenplatten 122, 124 bzw. 126 sind hierbei jeweils mit dem Ende einer der Statorwicklungen 16, 18 bzw. 20 der Wechselstromlichtmaschine 14 verbunden. Die Stabelektrode 120 ist an die Minusklemme des Akkumulators 2 8

^oa (Fig. 1) angeschlossen.

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Wie erwähnt, werden bei der erfindungsgemäßen Gleichrichtervorrichtung die Isolierschicht 98, die ersten Metallschichten 100 bis 104 sowie die zweite Metallschicht nach einem Flammspritzverfahren (flame spraying technique) aufgebracht. Infolgedessen ist die thermische Leitfähigkeit in den Verbindungsbereichen zwischen den einzelnen Bauteilen hoch, so daß keine Kühleinrichtung vorgesehen zu werden braucht. Das Substratelement 96 kann daher mit inniger Flächenberührung am Gehäuse 32 befestigt werden." Aufgrund dieser Befestigung des Substratelements 96 mit inniger Flächenberührung kann der thermische Widerstand herabgesetzt werden; wie Versuche gezeigt haben, liegt er dabei bei 6,4 C/W.

Bei der beschriebenen Ausführungsform ist somit das Substratelement 96 mit inniger Flächenberührung am Gehäuse 32 befestigt, so daß die (erzeugte) Wärme einfach frei . über die große Oberfläche des Gehäuses 32 abgeleitet bzw. zerstreut wird. Aus diesem Grund braucht das Substratelement selbst für Kühlzwecke keine große Oberfläche zu besitzen. Die waagerechte Ausdehnungsfläche des Substrats kann damit verkleinert werden. Beispielsweise kann die · ·

2 Anbaufläche des Substratelements am Gehäuse 32 auf 24 cm verringert werden. Dabei verringert sich auch das Gewicht der Gleichrichtervorrichtung auf z.B..- 44 g. .

Wenn im Laufe· der Fertigung in einem späteren Verfahrens-' schritt die Flammspritz-Metallschichten 98, 100, 102 und 104 und dergleichen auf der Oberfläche des Substratelements 96 ausgebildet werden sollen, wird die Oberfläche des Substratelements einer Strahlbehandlung, beispielsweise einer Sandstrahlbehandlung," unterworfen. Hierbei wird die sandgestrahlte Oberfläche des Substratelements vergrößert bzw. erweitert, so daß das Substratelement sich um etwa 0,1 mm zu verziehen bestrebt ist. Nach seiner thermischen Verbindung bzw. Warmverklebung mit dem Abdeckelement mittels einer geeigneten Kunstharzmasse verringert sich die.VerZiehung des Substratelements 96 -

auf etwa 0,03 mm. Wenn jedoch die Temperatur der Vorrichtung nach der Wärmebehandlung auf einen Normaltemperaturwert zurückgeht, ist das Substratelement 96 bestrebt, sich wieder auf einen ursprünglichen Verziehungsgrad zu verformen. Wenn in diesem Fall das Abdeckelement 128 aus einem nicht-starren Werkstoff besteht, läßt sich die Rückbildung

• ■ der Verziehung nicht überprüfen bzw. feststellen, so daß sich das Abdeckelement 128 infolge der Verziehung verformen kann. Bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung tritt jedoch eine derartige Verformung nicht auf, weil das Abdeckelement 128 aus einem Werkstoff hoher Steifheit besteht. Aus diesem Grund ist keine zusätzliche Strahlbehandlung der nicht verzogenen Oberfläche des Substratelements 96 nötig, so daß insgesamt die Fertigung der Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung vereinfacht wird. Zur Anbringung der Substratanordnung 92 am Gehäuse 32 werden die vier Bohrungen 94a bis 94d des Substratelements 96 mit entsprechenden Bohrungen an den Ecken des Abdeckelements 128 ausgefluchtet, während das Substratelement 96 fest an das Gehäuse 32 angelegt wird. Sodann werden von der Seite des Abdeckelements T28 her Schrauben in die miteinander fluchtenden Bohrungen eingeführt und zur Befestigung der Anordnung angezogen. Ein Kraftfahrzeug, z.B. Personenkraftwagen, wird normalerweise unter stark wechselnden Bedingungen und · häufig wechselnden Belastungsbedingungen seiner Brennkraftmaschine betrieben. Die Temperatur (im Bereich) der Brennkraftmaschine kann im Extremfall von etwa -50⁰C bis etwa +50⁰C, je nach den Betriebsbedingungen, schwanken. Das Abdeckelement 128' kann dabei die Temperatur Schwankungen der

•^ Brennkraftmaschine mitmachen. Wenn das Abdeckelement 128 aus einem Kunststoff besteht, zieht es sich beim Abkühlen von hoher Temperatur auf Normaltemperatur zusammen. Infolgedessen bilden sich Spalten bzw. Zwischenräume zwischen den Schrauben und dem Abdeckelement 128 infolge einer sogenannten Kriecherscheinung, wodurch möglicherweise die Befestigung des Abdeckelements 128 am Gehäuse 32 beeinträchtigt wird. Bei der erfindungsgemäßen Gleichrich-

-JkT-

tervorrichtung tritt dieses Problem jedoch nicht auf, weil das Substratelement 96 aus Metall besteht. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform kann daher das Substratelement 96 ausreichend fest mit dem Gehäuse 32 Verbunden sein.

Wie Untersuchungen gezeigt haben, beträgt der Temperatur-■ unterschied zwischen den auf den ersten Flammspritz-Me^allschichten 100 bis 104 angeordneten Dioden 108 bis ]12 und den auf. der zweiten Flammspritz-Metallschicht vorgesehenen Dioden 5°C oder weniger.

Im folgenden ist anhand der Fig. 9A bis 9D ein Beispiel für ein Verfahren zur Herstellung der Substratanordnung gemäß Fig. 8 erläutert. Die Darstellungen gemäß den Fig. 9A bis 9D sind jeweils im Schnitt längs der Linie IX-IX • in Fig. 8 und in vergrößertem Maßstab gehalten.

Gemäß Fig. 9A wird ein Substratelement 96 aus z.B. Aluminium vorgesehen. Die eine Hauptfläche des Substratele- ® ments 96, im vorliegenden Fall seine Oberseite, wird einer Strahlbehandlung, etwa einer Sands^rahlbehandlung, unterworfen, um die betreffende Fläche aufzurauhen. "Infolge der Sandstrahlbehandlung wölbt bzw. verzieht sich das Substratelement 96 gemäß der Darstellung um etwa 0,1 mm aufwärts.· Diese Wölbung ist jedoch zur Vereinfachung der Darstellung nicht veranschaulicht. Die Sandstrahlbehandlung bestimmt bzw. begünstigt die Haftfestigkeit der Flammspritz-Isolierschicht 98 sowie der später auf die aufgerauhte. Oberfläche des Substratelements 96

aufgebrachten Flammspritz-Metallschichten Ί.00 bis 104. Die Sandstrahlbedingungen müssen daher sorgfältig gewählt werden. Beim, vorliegenden Beispiel wird eine Oberflächenrauhigkeit von 10 bis 20 um gewählt. Im zweiten Verfahrensschritt wird auf der aufgerauhten Oberfläche eine z.B. aus Eisen (Fe) bestehende erste Maskenschicht 132 mit einem vorgegebenen Muster ausgebildet. Unter Verwendung dieser ersten Maskenschicht 132 wird durch Flammspritzen

-1*- ■

1 oder -sprühen ein Keramikmaterial,' wie Al₂O₃, auf die gesamte aufgerauhte Oberfläche des Substratelements 96 aufgebracht, um gemäß Fig. 9B selektiv eine Flammspritz-Isolierschicht 98 mit einer Dicke von 50 bis 150 um auszubilden. Anschließend wird die erste Maske 132 abgetragen, und eine zweite Maskenschicht 134 aus z.B. Eisen {Fe)
und mit einem vorbestimmten Muster wird auf der
aufgerauhten Oberfläche ausgebildet. Sodann wird durch
Flammspritzen ein Metall, wie Kupfer, unter Verwendung

der zweiten Maskenschicht auf den Vorläufer der Substratanordnung 92 aufgetragen, wobei auf der aufgerauhten Oberfläche selektiv die ersten Metallschichten 100 bis 104
mit einer Dicke von 50 bis 150 um und auf der Flammspritz-Iso.lierschicht 98 die zweite Metallschicht 106 geformt werden. Gemäß Fig. 9C kann das Flammspritzen nach einem Plasmaflammspritzverfahren erfolgen. Während in Fig. 9C die anderen Metallschichten 100 und 102 nicht dargestellt sind, werden diese Metallschichten tatsächlich im selben Arbeitsgang ausgebildet. Schließlich wird die zweite Maske 132 vom Werkstück entfernt, wobei die Substratanordnung 92 gemäß Fig. 8 erhalten wird (vgl. Fig. 9C bzw. 9D).

Beim beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Dicke der aus einem Keramikmaterial, wie Aluminiumoxid (A1„0t) und/ oder Siliziumdioxid (SiO₂), bestehenden Flammspritz-Isolierschicht 98 anhand eines Kompromisses zwischen
der Aushaltespannung und der Verbindungsbzw. Haftfestigkeit dieser Schichten am Substratelement 96 gewählt. Genauer gesagt: wenn diese Schichten dünn sind, ist die Aushaltespannung, d.h. die Spannungsfestigkeit niedrig; wenn die Schichten andererseits dick · sind, neigen sie zu einem Ablösen vom Substratelement 96.

Die vorstehend beschriebene Gleichrichtervorrichtung eignet

sich sowohl für eine Einphasen- als auch eine Zweiphasen-Wechselstromlichtmaschine. Bei Verwendung für eine Einphasen-Wechselstromlichtmaschine wird nur eine der drei

-ΙΟΙ Kombinationen aus den Dioden 108 und 114 mit L-förmiger Elektrodenplatte 122, den Dioden 110 und 116 mit L-förmiger Elektrodenplatte 124 bzw. den Dioden 112 und 118 mit L-förmiger Elektrodenplatte 126 verwendet. Bei Anwendung auf eine Zweiphasen-Wechselstromlichtmaschine kommen zwei dieser Kombinationen zum Einsatz.

Für eine Einphasen-Wechselstromlichtmaschine kann die abgewandelte Substratanordnung gemäß Fig. 10 verwendet werden, bei welcher zwei Dioden und eine L-förmige Elektrodenplatte auf einer einzigen ersten Flammspritz-Metallschicht 100 montiert werden. Im Fall einer Zweiphasen-Wechselstromlichtmaschine kann andererseits die Substratanordnung so ausgebildet sein, daß gemäß Fig. 11 die Kombinationen mit jeweils zwei Dioden und einer L-förmigen Elektrodenplatte •auf zwei ersten Flammspritz-Metailschichten montiert werden.

Bei der beschriebenen Ausführungsform kann weiterhin anstelle von Aluminium auch Eisen (Fe) für das Substratele— ment 96 benutzt werden. Anstelle von Kupfer kann die erste

Flammspritz-Metallschicht 106 aus z.B.-Nickel (Ni) geformt - werden. Beim Flammspritzvorgang müssen ersichtlicherweise der Flammspritzabstand, die Flammspritzspannung, der Flamm- ' spritzstrom und dergleichen entsprechend dem jeweils für das Flammspritzen verwendeten Metall zweckmäßig gewählt werden.

Selbstverständlich ist die Erfindung keineswegs auf die ■ SQ vorstehend dargestellten und beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt, sondern verschiedenen Abwandlungen und Änderungen zugänglich, ohne daß vom Rahmen der Erfindung abgewichen wird.

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Leerseite

Claims

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Henkel,Kern, feilerfrHänze! *' "* Patentanwälte

MShlstraße Tokyo Shibaura Denki D-8000 München

Kabushiki Kaisha ' Tel·089/982085-87

__{a v}. _ _an Telex: 0529802 hnkld

Kawasakx, Japan . Telegramme: ellipsoid

IW-56P388-3

3. Sep. 1981

Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung

Patentansprüche

J Halbleiter-Gleichrichtervorrichtung, gekennzeichnet durch ein wärmeabstrahlendes Substrat (96), durch eine durch Flammspritzen aufgebrachte bzw. Flammspritz-lsolierschicht (98) , die selektiv auf einer Oberfläche des Substrats (96) ausgebildet ist, durch mindestens eine selektiv auf der genannten Fläche des Substrats (96) ausgebildete erste Flammspritz-Metallschicht (100, 102, 104) , durch eine selektiv auf der Flammspritz-Isolierschicht (98) ausgebildete zweite Metallschicht (106), durch eine Gleichrichterelementschaltung mit ersten und zweiten Gleichrichterelementen (108, 114; 110, 116; 112, 118), die an Anschlüssen unterschiedlicher Polarität elektrisch mit

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der ersten Flammspritz-Metallschicht (100, 102, 104) und der zweiten Flammspritz-Metallschicht (106) verbunden ^ind, und durch Elektrodenelemente (122, 124, 126) zur elektrischen Verbindung der Anschlüsse der Gleichrich-

£ terelemente (108, 114; 110, 116; 112, 118), welche eine den an die ersten und zweiten Flammspritz-Metallschichten angeschlossenen Anschlüssen entgegengesetzte Polaritäten besitzen, unter Bildung einer geschlossenen Schaltung.

■

2. Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabstrahlende Substrat (radiation substrate) (96) aus Aluminium hergestellt ist.

3. Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das wärmeabstrahlende Substrat (96) aus Kupfer hergestellt ist.

4. Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch ge- ' kennzeichnet, daß die Flammspritz-Isolierschicht (98) aus Keramikmaterial geformt ist.

5. Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet·, daß eine steife bzw. starre, nichtplastische Abdeckeinrichtung (1.28) als Schutz für die auf dem wärmeabstrahlenden Substrat angeordneten Bauteile (98 - 126) vorgesehen ist. - .

6. Gleichrichtervorfichtung nach Anspruch 1, dadurch ge-30· kennzeichnet, daß die Abdeckeinrichtung (128) mit dem wärmeabstrahlenden Substrat (96) verbunden bzw. verklebt (bonded) ist. . ·

7. Gleichrichtervorrichtung -nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flammspritz-Metallschicht (100, 102, 104) aus zwei Schichten besteht und daß die Gleichrichterschaltung zwischen diesen beiden Flammspritz-Metallschichten und der zweiten Flammspritz-

β · · β

-3-1 schicht (106) ausgebildet ist.

8. Gleichrichtervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Flammspritz-Metallschicht 5 (100, 102, 104) aus drei Schichten besteht und daß die Gleichrichterschaltung (108, 114; 110, 116; 112, 118) zwischen diesen drei Flammspritz-Metallschichten (100, 102, 104) und der zweiten Flammspritzschicht : (106) ausgebildet bzw. angeordnet ist. 10. '.