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Verfahren zur Herstellung von Trockengleichrichtern Es ist bekannt,
Trockengleichrichter in der Weise aufzubauen, daß auf eine Grundelektrode, die aus
einem geeigneten Material, wie Stahl, Eisen, Nickel, Aluminium oder vernickeltem
Eisen, mit Eisenüberzug versehenem Aluminium od. dgl., besteht, eine Gleichrichterschicht
aufgebracht und auf die Gleichrichterschicht eine geeignete Metallegierung als Gegenelektrode
aufgespritzt wird.
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Als Halbleitermaterial wird sehr oft Selen verwendet, welches nach
dem Aufbringen durch eine oder mehrere Wärmebehandlungen in eine für die Gleichrichter
Wirkung notwendige Modifikation übergeführt wird. Auf die Selenschicht wird dann
meistens eine niedrig schmelzende Metallegierung als Gegenelektrode aufgespritzt.
Nach dem Aufspritzen der Gegenelektrode erfolgt die elektrische Formierung, durch
welche die physikalischen Bedingungen für die Gleichrichterwirkung endgültig geschaffen
werden.
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Es ist bekannt und bedeutet eine wesentliche Vereinfachung des Herstellungsverfahrens
für die Gleichrichter, wenn zunächst die erforderlichen Schichten auf einer Scheibe
oder einem Blech größerer Abmessungen aufgetragen werden, dann das Ganze formiert
wird und dann @Gleichrich.terscheiben von der gewünschten Größe aus diesem System
ausgestanzt oder ausgeschnitten werden.
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Dieses Verfahren hat aber den Nachteil, daß infolge der geringen Stärke
der Halbleiterschicht sehr leicht Kurzschlüsse entstehen, so daß z. B. an
den
Außenrändern der Gleichrichterscheiben das Deckelektrodenmaterial entfernt werden
muß. Das kann z. B. durch Abschaben geschehen.
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Bei bestimmten Ausführungsformen befindet sich vorzugsweise in der
Mitte der einzelnen Gleichrichterscheibe ein Loch, welches dazu dient, eine Anzahl
von Gleichrichterscheiben auf einen zentralen Bolzen zu stapeln. Auch an dieser
Stelle ist es selbstverständlich notwendig, jede unmittelbäre Verbindung zwischen
der Deckelektrode und der Grundelektrode zu vermeiden.
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Gemäß der Erfindung besteht ein verbessertes Herstellungsverfahren
für Gleichrichterscheiben, insbesondere von solchen mit Selen als Halbleiter, durch
Ausstanzen aus einer größeren Scheibe oder einem größeren Blech, welche bzw. welches
aus einem als Grundelektrode brauchbaren Material besteht und auf einer Seite mit
einer Halbleiterschicht bedeckt ist, daß der die einzelnen Elemente abtrennende
Schnitt oder die Schnitte od. dgl., handle es sich um den äußeren Rand des einzelnen
Elements oder um den Rand eines in der Mitte der Scheibe befindlichen Loches oder
einer Nut, in einem Bereich vor sich geht, in welchem unmittelbar auf dem Halbleiter
eine Schicht aus einem Isolierstoff liegt oder unmittelbar vor dem Schnitt gelegen
hat und entfernt wurde.
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Vorteilhaft wird dieses in der Weise ausgeführt, daß auf die mit Deckelektrodenmaterial
zu bedeckende Halbleiterschicht eine Isolierstoffauflage aufgebracht, z. B. aufgespritzt
oder eine Schablone aufgesetzt, vorzugsweise aufgeklebt wird, welche die 'mit Deckelektrodenmaterial
zu bedeckenden Teile der Halbleiterschicht frei läßt, während die vor dem unmittelbaren
Kotakt mit Deckelektrodenmaterial zu schützenden Teile der Halbleiterschicht von
der Maske oder von der Isolierauflage bedeckt sind. Sofern es sich dabei um Löcher
handelt, welche etwa in der Mitte der auszustanzenden Gleichrichterscheiben liegen,
so daß die hier zu schützenden Flächenteile ohne Verbindung mit den zu schützenden
Randteilen der Gleichrichterscheiben stehen, ist es notwendig, in diese Löcher Schablonen
einzusetzen, die etwa Pilzform haben. Immerhin können auch hier Isolierstoffe angebracht
oder niedergeschlagen werden, welche die betreffenden Flächenteile vor der Bedeckung
mit Deckelektrodenmetall schützen.
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Die Schablone oder Maske kann z. B. aus Papier bestehen das mindestens
auf einer Seite klebfähig ist und welches Öffnungen enthält, die etwas kleiner sind
als die Größe der auszuschneidenden oder auszustanzenden Gleichrichterscheiben.
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Das Herstellungsverfahren ist also durch folgende Verfahrensschritte
gekennzeichnet. Auf die Halbleiterschicht, und zwar, nachdem diese durch eine oder
mehrere Wärmebehandlungen in die für die Gleichrichtung vorauszusetzende Modifikation
übergeführt worden ist, wird die gelochte Schablone aufgeklebt, und zwar in einer
solchen Weise; daß die zum Ausschneiden vorgesehenen Schnittkanten im Papier verlaufen,
so daß ein schmaler Papierstreifen die Ränder der auszuschneidenden Elemente bedeckt.
Oder aber statt des Papiers wird dorthin, wo die Schnittkanten der auszuschneidenden
Gleichrichter liegen, ein Isolationsüberzug, z. B. aus Lack, aufgebracht, der die
unmittelbare Berührung der Halbleiterschicht mit dem Deckelektrodenmetall verhindert.
Auf die mit einer Maske oder Schablone bedeckte oder beklebte oder an ' ,den Schnittkanten
durch eine Isolierauflage geschützte Halbleiterschicht wird dann das Deckelektrodenmetall
aufgespritzt, so daß die freie Oberfläche des Halbleiters und die Schablone oder
Isolierstofflage vom Deckelektrodenmetall bedeckt ist.
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Vorteilhaft erfolgt nunmehr die elektrische Formierung des ganzen
Bleches. Da die Maske oder Schablone oder schützende Isolierstoffauflage aus nichtleitendem
Material besteht, erfolgt der Stromdurchgang nur auf den später aktiven Teilen der
Halbleiteroberfläche, wodurch eine erhebliche Leistungsersparnis erzielt wird. Nunmehr
erfolgt das Ausstanzen bzw. Ausschneiden der einzelnen Gleichrichterscheiben, deren
Randteile mit Papier oder sonstigem Masken- oder Schablonenmaterial oder mit schützenden
Isolierauflagen bedeckt sind. Danach können zweckmäßig aus Papier oder ähnlichem
bestehende Ränder mit dem darauf befindlichen Deckelektrodemnetall entfernt werden,
so daß ein von Deckelektrodenmaterial freier Randstreifen entsteht, . welcher die
Gefahr von Kurzschlüssen beseitigt. Handelt es sich um Isolierauflagen aus aufgespritztem
Lack, so brauchen diese nicht entfernt werden. Doch empfiehlt es sich, einen Randstreifen
von Deckelektrodenmetall entweder durch Ziehen einer Rille von dem aktiven, also
den Halbleiter berührenden Teil der Deckelektrode zu trennen oder ihn ganz zu entfernen.
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Für den Fall, daß zentrale Öffnungen in den einzelnen Gleichrichterelementen
vorliegen, deren Rand vor Halbleitermaterial geschützt werden soll, ist das eben
beschriebene Verfahren so auszuführen, daß in diese Löcher Maskenelemente eingesetzt
werden, welche einen ringförmigen Streifen um die Löcher herum von der Bedeckung
mit Deckelektrodenmetall schützen. Zweckmäßig werden hierzu pilzförmige Masken in
die Löcher eingesetzt, die vor dem Ausstanzen der einzelnen Scheiben wieder entfernt
werden. Falls nicht auch die Außenränder der Scheiben vor dem Niederschlag von Deckelektrodenmetall
geschützt sind, ist es wichtig, durch Ziehen einer Rille im Deckelektrodenmetall
bis in die Halbleiterschicht hinein oder durch Entfernen des Deckelektrodenmetalls,
z. B. mit Sandstrahlen längs des Randes, beim Schneiden oder Stanzen entstandene
Kurzschlüsse unschädlich zu machen. Vorteilhafter ist es aber, auf den Randteilen
durch Verwendung einer Maske den Niederschlag des Deckelektrodenmetalls zu verhindern,
d. h. es durch die Maske abzufangen.
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Obwohl es möglich ist, die etwa auf dem Selen befindliche Schablone
oder Maske aus Papier oder ähnlichem als Ganzes abzuheben und die Schnitte dann
durch die offenliegenden Selenoberflächenteile zu führen, ohne daß dadurch die Gefahr
von Kurzschlüssen heraufbeschworen wird, ist es doch vorteilhaft,
zunächst
die Formierung der ganzen Platte durchzuführen, da ja durch die zusammenhängende
Deckelektrodenschicht alle auszustanzenden Gleichrichterelemente parallel geschaltet
sind. Dies ist sehr einfach, zumal ja auch der Formierungsstrom auf die späterhin
aktiven Halbleiterflächenteile beschränkt bleibt, also keine Leistung bei der Formierung
vergeudet wird. Nach der Formierung kann dann die auf der Halbleiterschicht befindliche
ilIaske als Ganzes abgehoben und dann die Aufteilung in einzelne Elemente durchgeführt
werden, wobei kein Schnitt an einer Stelle erfolgen darf, wo Deckelektrodenmaterial
vorliegt, oder aber es wird erst die Aufteilung in einzelne Scheiben vorgenommen
und dann die Randteile vom Maskenmaterial einschließlich dem darauf befindlichen
Deckelektrodenmaterial befreit.
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In jedem Fall, wo mit zentralen Öffnungen oder Bohrungen versehene
Gleichrichterscheiben auf einen Bolzen gestapelt werden und zugleich der Kontaktdruck
von Scheibe zu Scheibe nur über eine begrenzte Fläche von Ringform um den Bolzen
herum übertragen wird (sogenannte Zentralkontaktgleichrichter), ist es zweckmäßig,
das beschriebene Verfahren noch etwas abzuwandeln. Damit nämlich durch den Kontaktdruck
nicht die Gefahr von Kurzschlüssen zwischen Deckelektrode und Grundelektrode trotz
eines von Deckelektrodenmaterial freien Randstreifens um die zentrale Bohrung herum
heraufbeschworen wird, ist es zweckmäßig, in dem Bereich, wo der Kontaktdruck übertragen
wird, zwischen die Halbleiterschicht und dem Deckelektrodenmaterial eine Isolierschicht
einzuschalten. Indem diese Maßnahme auf das gekennzeichnete Herstellungsverfahren
abgestimmt wird, wird also zunächst auf die Halbleiterschicht eine Schablone oder
Maske aufgesetzt mit Öffnungen, die etwas größer sind als die in den einzelnen auszustanzenden
Scheiben befindlichen zentralen Bohrungen. Die freie Oberfläche der Halbleiterschicht
wird dann mit einer Schicht aus Lack, aus Emaillelack oder einem sonstigen isolierenden
Material bedeckt. Diese Bedeckung kann selbstverständlich auch erfolgen, bevor die
zentralen Bohrungen in den einzelnen Elementen angebracht sind.
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Nach dem Aufbringen dieser isolierenden Flecken aus isolierendem Lack
od. dgl. wird das Blech oder die Scheibe einer Temperaturbehandlung unterworfen,
durch welche das Selen in die ß-Modifikation übergeführt und gleichzeitig der aufgebrachte
Lack oder Isolierstoff bis zu einem gewünschten Grad getrocknet oder gehärtet wird.
An diese Behandlung schließen sich dann die vorher beschriebenen Maßnahmen an, d.
h. die vom Deckelektrodenmaterial zu schützenden Flächenteile werden von Schablonen
oder Masken oder Isolierauflagen bedeckt. Dabei ist es erforderlich, die aufgebrachten
Isolierflecken aus Lack, Emaille od. dgl. zum Teil mit Deckelektrodenmaterial zu
überziehen und nur den inneren Randstreifen zwecks Vermeidung von Kurzschlüssen
vor der Bedeckung mit Metall zu schützen. Die nunmehr einzusetzenden Masken sind
also zweckmäßig etwas kleiner zu wählen als die Löcher in der Schablone, die für
die Auftragung des Lackes oder sonstigen geeigneten Isolierstoffes benutzt wurden.
Wiederum erfolgt zweckmäßig vor dem Zerschneiden in einzelne Elemente und dem Entfernen
der Randstreifen aus Maskenmaterial die Formierung der ganzen Scheibe.
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Der Erfindungsgedanke soll an Hand der Zeichnung näher erläutert werden.
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Fig. i zeigt eine Draufsicht auf-einen Teil einer mit Selen bedeckten
größeren Scheibe oder eines BI.eChes, aus welchem kleinere Elemente angefertigt
werden sollen; ein Teil der Halbleiterschicht ist entfernt; Fig. 2 zeigt einen Querschnitt
durch den Schichtenaufbau; Fig. 3 zeigt die Platte mit den zentralen Öffnungen für
die einzelnen Scheiben und mit Führungsnuten für eine sichere Position des Bleches
bei den verschiedenen Verfahrensschritten; Fig. q. zeigt die gleiche Platte mit
Ringen aus isolierendem Lack od. dgl. um die Öffnung herum; Fig. 5 und 6 zeigen
in Draufsicht ein einzelnes Element, bei welchem als Isolierstreifen solche aus
Lack vorgesehen sind; Fig. 7 gibt die Darstellung einer Maske aus Papier od. dgl.;
Fig. 8 zeigt ein Maskierungselement für die Maskierung der zentralen Öffnungen in
Pilzform; Fig. 9 zeigt die große Scheibe oder Platte mit der Papiermaske bedeckt
und mit eingesetzten pilzförmigen Elementen; Fig. io zeigt dann die Platte vordem
Ausstanzen der einzelnen Elemente, nachdem sie mit Gegenelektrodenmetall bedeckt
ist; Fig. i i zeigt einen Querschnitt durch die Anordnung nach Fig. io, während
Fig. 12 eine ausgestanzte Gleichrichterscheibe und Fig. 13 den Papierring
zeigt, der nach dem Ausstanzen von jedem Element entfernt wird.
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In Fig. i ist mit A das Blech bezeichnet, das an der Stelle in Erscheinung
tritt, wo die Halbleiterschicht B entfernt zu denken ist. Um das Selen in die a-Modifikation
überzuführen, wird eine geeignete Wärmebehandlung angewendet. In Fig. 2 ist mit
den gleichen Bezeichnungen ein Querschnitt durch die Anordnung gezeichnet. Gemäß
Fig.3 wird die mit Halbleiter bedeckte Platte mit einer Anzahl Löcher C versehen,
welche den zentralen Öffnungen der späteren Gleichrichterscheiben entsprechen. Am
Rand der großen Platte sind Löcher oder Nuten D vorgesehen, welche zur Sicherung
der Position der Platte bei den verschiedenen Arbeitsvorgängen dienen. Wenn die
einzelnen Scheiben als Zentralkontaktgleichrichter ausgeführt werden, dann wird
das Blech mit einer Maske versehen, deren Löcher etwas größer sind als die Löcher
C selbst. Mit Hilfe dieser Maske werden die offenliegenden Teile der Halbleiterschicht
mit einem isolierenden Lack oder Emaillelack od. dgl. versehen, so' daß um jede
Öffnung C herum ein mit E bezeichneter Ring aus Isoliermaterial entsteht.
Wenn
die Gleichrichterelemente nicht als Zentralkontaktgleichrichter ausgeführt werden,
wird dieser Lackring nicht benötigt, ohne daß jedoch die folgenden Arbeitsgänge
deswegen abgeändert werden müssen. Durch eine weitereWärmebehandlung wird das Selen
in die ß-Modifikation übergeführt, womit zugleich ein Backprozeß für den Lack verbunden
ist, um die erforderliche Härte zu erzielen.
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In der Fig. 5 ist der Umriß einer einzelnen runden Gleichrichterscheibe
innerhalb der großen Scheibe in Draufsicht dargestellt. Fig. 6 zeigt die ausgeschnittene
fertig` Scheibe im Querschnitt. Die Grundplatte A hat hier einen Selenüberzug
B
erhalten. Im Randbereich der äußeren Umgrenzung sowie der zentralen Durchbohrung
sind Isolierschichten F und F' aus Lack angebracht. Die freie Selenfläche sowie
die Isolierschicht ist dann mit der Deckelektrodenschicht K bedeckt. Die äußere
Begrenzung des Elements in der großen Scheibe sowie die zentrale Bohrung sind als
strichpunktierte Kreise in Fig. 5 eingetragen. Der innere bzw. äußere Begrenzungskreis
der beiden Lackschichten ist gestrichelt gezeichnet. Der innere Begrenzungskreis
der Deckelektrodenschicht ist ausgezogen. Dieser Kreis ist etwas größer als die
zentrale Bohrung.
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Es ist nun ohne weiteres ersichtlich, daß der Isolierabstand am Rand
der Gleichrichterscheibe zwischen den Schichten A und K nur gering ist. Wenn man
sicher gehen will, wird man eine Rille R (vgl. Fig. 6) längs des Randes ziehen,
durch welche ein Randstreifen St der Deckelektrode von dem aktiven Teil der Deckelektrode
abgetrennt wird: Diese Rille reicht bis in die Isolierschicht oder gar bis in die
Halbleiterschicht. Man kann natürlich auch z. B. durch Sandstrahlen den ganzen Randstreifen
St des Deckelektrodenmaterials entfernen. Um diese letztere Prozedur zu vermeiden,
kann man auch das Deckelektrodenmetall durch 'Schablonen hindurch aufbringen, so
daß die Deckelektrodenschicht einen etwas kleineren Durchmesser besitzt als die
Scheibe selbst.
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In Fig.7 ist weiterhin eine Schablone oder Maske F dargestellt, die
statt der Lackschicht verwendet werden kann und die vor .dem Aufbringen des Gegenelektrodenmetalls
auf die Halbleiterschicht gebracht, vorzugsweise aufgeklebt wird. Diese Maske F
besitzt Löcher G, deren Durchmesser der aktiven Fläche des fertigen Gleichrichters
entspricht, d. h. die Löcher B sind etwas kleiner als die Außenabmessungen des herzustellenden
Gleichrichterelements. Die Maske F besitzt gleichfalls Nuten H, die mit den
Nuten D im Blech zur Übereinstimmung zu bringen sind, um die richtige Position
der Schablone F zu sichern. Vorteilhaft werden diese Masken aus klebefähigem Papier
hergestellt, das direkt auf die Platte aufgeklebt werden kann.
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Falls zentrale Öffnungen in jedem der herzustellenden Gleichrichterelemente
zu berücksichtigen sind, werden pilzförmige Masken T, wie in Fig. 8 dargestellt,
in jede Bohrung C eingesetzt. Ebenso können natürlich Papierscheiben über die 0ifnungen
geklebt werden. Sodann wird die ganze Oberfläche, also die freien Oberflächenteile
der Halbleiterschicht und die Maske mit einer Metalllegierung bespritzt, welche
die Gegenelektrode für die Gleichrichterscheibe darstellt. Vor dem Aufspritzen der
Gegenelektrode. sieht also die Platte so aus, wie in Fig.9 dargestellt, während
die fertig bespritzte Platte nach der Entfernung der pilzförmigen Maskenelemente
in Fig. io und ii dargestellt ist. Die gestrichelte Linie L bezeichnet, die Schnittkanten,
längs welcher .die einzelnen Elemente herausgetrennt werden, während die gestrichelte
Linie E den nicht sichtbaren Rand der isolierenden Ringe darstellt. Weil die Schnittkanten
L für den Stanzschnitt der Elemente mit Maskenmaterial bedeckt sind, wird ein Kurzschluß
zwischen Gegenelektrode und der metallischen Grundplatte verhindert, wenn die in
Fig. 13 mit M bezeichneten, mit Gegenelektrodenmetall bedeckten Papierringe entfernt
sind. Die Gegenelektrode ist mit K bezeichnet. Der offenliegende Randstreifen der
Halbleiterschicht ist in Fig. 12 mit N bezeichnet.
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Vor dem Ausstanzen der einzelnen Elemente wird die ganze Platte elektrisch
formiert, um den Sperrwiderstand zu vergrößern. Die einzelnen noch auszustanzenden
Elemente sind durch die Gegenelektrode parallel geschaltet, welche die ganze Fläche
bedeckt. Die Platte wird dann in eine Stanz- oder Schneidvorrichtung eingesetzt
und mit Hilfe der Nuten D in die richtige Position gebracht. Das Schneidwerkzeug
der Vorrichtung schneidet längs der gestrichelten Linien L in Fig. io die einzelnen
Gleichrichterelemente aus.
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Es ist selbstverständlich, daß der Gleichrichter auch andere als Kreisform
haben kann, z. B. quadratische oder rechteckige Form, ohne daß dadurch an den beschriebenen
Verfahren etwas geändert wind. Auch ist die Anwendung des Verfahrens nicht auf Zentralkontaktgleichrichter
beschränkt.