(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
整流器装置の入力側（ｕ，ｖ，ｗ）に加わる電気的な交流量を整流するための複数の半導体整流器エレメント（１，２，３，４，５，６）と、整流された電気的な量を取り出すための１つの出力側（Ｂ＋）と、前記半導体整流器エレメント（１，２，３，４，５，６）と出力側（Ｂ＋）との間に溶融ヒューズとを有する整流器装置において、
前記溶融ヒューズ（１０，６１）は、前記半導体整流器エレメント（１，２，３，４，５，６）と同じ半導体材料から成る半導体チップ（１００）を有し、かつ正の温度係数を有しており、
前記半導体整流器エレメントは、ケーシングによって取り囲まれている整流器半導体チップを有しており、
前記溶融ヒューズの半導体チップは、当該の半導体整流器エレメントのケーシングと同じに構成されているケーシングによって取り囲まれており、
半導体整流器エレメントおよび溶融ヒューズのケーシングは押し込み基部を有しており、
当該の半導体整流器エレメントも溶融ヒューズも１つの冷却板に押し込められており、
これによって、前記半導体整流器エレメントと溶融ヒューズとの冷却条件が同じになり、
外部のコンタクト接続部（６２，６３）に対する、当該の半導体チップ（１００）のはんだ接続部は最大の電流負荷を上回った際に少なくとも１つの個所で溶融して切れ、前記半導体チップ（１００）を流れる電流が不可逆的に遮断される
ことを特徴とする整流器装置。
【請求項２】
溶融ヒューズの半導体チップは電流方向に対して垂直に、整流器半導体チップと同じ横断面を有している
請求項１記載の整流器装置。
【請求項３】
半導体整流器エレメントはブリッジ整流器として接続されており、
前記溶融ヒューズは電気的な交流量の正の成分を通す前記半導体整流器エレメント（１，２，３）と同じ冷却板に押し込められている
請求項１記載の整流器装置。
【請求項４】
溶融ヒューズの半導体チップはｎ＋／ｎ／ｎ＋層列を有しており、ここで３つの層の層厚は同じ大きさである
請求項１から３までのいずれか１項記載の整流器装置。
【請求項５】
半導体整流器エレメントを備えた整流器装置に使用するための溶融ヒューズにおいて、
溶融ヒューズは電流によって加熱される半導体チップを含んでおり、
外部のコンタクト接続部（６２，６３）に対する、該半導体チップのはんだ接続部は最大の電流負荷を上回った際に少なくとも１つの個所で溶融して切れ、半導体チップを流れる電流が不可逆的に遮断され、
前記半導体チップは前記半導体整流器エレメントと同じ半導体材料から成っている
ことを特徴とする溶融ヒューズ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
従来の技術
本発明は、請求項１の上位概念に記載の整流器装置から出発している。この種の整流器装置はドイツ連邦共和国特許出願ＤＥ１９９０８６９７号から既に公知であるが、ここには誤接続に対する安全手段は記載されていない。
【０００２】
発明の利点
これに対して、本発明の整流器装置ないし整流器装置に使用される溶融ヒューズは、殊に誤接続の場合に、電流回路を早期に遮断し、これにより整流器エレメントの過熱により引き起こされる火災を妨げることができるようになるという利点を有している。このために設けられている溶融ヒューズは有利には、高い電流領域において（１００Ａ）必要な狭い製造許容偏差を有しているので、ゼネレータの通常運転期間中、ヒューズメカニズムがトリガされるというおそれはない。
【０００３】
有利な実施形態および改良形態は従属請求項および明細書に説明される特徴から明らかである。
【０００４】
図面
本発明の実施例は図面に示されておりかつ以下の説明において詳細に記述される。図１には整流器装置が示されており、図２には溶融ヒューズの半導体チップが示されており、図３には冷却板が示されており、図４には溶融ヒューズのコンタクト形成が示されている。
【０００５】
実施例の説明
図１には自動車の３相交流ゼネレータに対する整流器装置が示されている。その際３つの相端子ｕ，ｖおよびｗを有する入力側はそれ自体公知の方法で６つの半導体整流器エレメント１ないし６に接続されている。ダイオード４，５および６のアノードはアース端子に接続されている。ダイオード１，２および３のカソードは同様に相互に接続されている。これらは溶融ヒューズ１０を介して整流器装置の出力側Ｂ＋に接続されている。
【０００６】
３つの位相端子が入力側ｕ，ｖ，ｗに接続されている３相交流ゼネレータの３相交流はダイオード１ないし６によって形成されるブリッジ整流器によって整流される。出力側Ｂ＋は搭載バッテリーのプラス極に接続可能であり、マイナス極はアースに接続可能であるので、３相交流ゼネレータの整流された電流は搭載バッテリーを充電することができる。バッテリーの放電は整流器のダイオードによって妨げられる。しかしバッテリーの極性が誤って接続されると（例えばスタート支援の場合）、このようにして順方向に接続された３つのダイオード区間１，４ないし２，５ないし３，６が放電される可能性がある。バッテリーの大きさおよび充電状態に応じて、９００Ａまでの放電電流が生じる可能性がある。６０ｓｅｃを越えて持続し、ついには整流器ダイオードの破壊またはリード線の溶融によって電流回路が遮断されることになる可能性があるこの放電電流を回避するために、溶融ヒューズ１０が設けられている。このようにして、整流器構成要素において高い温度が生じかつ絶縁用合成樹脂材料が発火し、これら材料の一部が直に燃えかつ車両火災を引き起こす可能性があるという危険な状況が回避される。この場合安全ヒューズはシリコンベースのヒューズであり、すなわち整流器エレメントが形成されるのと同じ材料から成るヒューズである。
【０００７】
図２には、溶融ヒューズ１０の半導体チップ１００が示されている。この半導体チップはｎドーピングされた中間帯域１１０を有しており、その際ドーピングは製造の際に使用される半導体ウェハの基本ドーピングに対応している。チップの縁領域１２０および１３０は高ドーピングされておりかつその外面に被着されている金属化部１４０ないし１５０を介してコンタクトできるようになっている。
【０００８】
チップは、整流器のダイオードにも使用されるケーシングにはんだ付けされる。この手法は例えばＤＥ１９５４９２０２（Ｒ．２９９７１０）号から整流器ダイオードにおいて公知である手法と全く同じである。この場合チップは押し込み基部にはんだで固定され、かつチップの別の側においてヘッドワイヤがはんだ付けされる。チップは電流の流れに対して垂直方向に横断面を有している。この面は整流器ダイオードの相応の横断面とおおよそ同じ大きさである。これにより、チップとケーシング底部との間の熱抵抗が整流器ダイオードの相応の熱抵抗に等しくなるようにできる。
【０００９】
比較的簡単な実施例において高ドーピングされた帯域１２０および１３０を省略することができかつ溶融ヒューズ１００は完全にｎドーピングされた領域１１０から成っていることができる。
【００１０】
溶融ヒューズチップは均質な、例えば燐がドーピングされているシリコンウェハから製造される。このウェハは１３０と２００μｍとの間の厚さを有している。ドープ剤濃度は１０１８ｃｍ−３であり、２５℃の場合の比抵抗は約２３ｍΩｃｍである。チップは簡単な実施形態を実現するためにはこれ以上のドーピングステップなしに両側に金属化部が施されかつ約４．５ｍｍの辺長を有する方形の個別チップに分割される。これにより、約２０ｍｍ２の横断面が生じ、これは１２０Ａを越えるゼネレータ電流に適している。金属による成膜は例えばクロム、次いでニッケルバナジウム、最後に銀のスパッタリングによって行うことができる。分割は有利にはダイヤモンドソーによって行われる。溶融ヒューズチップの抵抗値を下げたければ、図２に図示されている構成が目的に適っている。ここでは金属化部を被着する前に、既にドーピングされたウェハの引き続くドーピングおよび拡散ステップを行って、高ドーピングされたｎ領域１２０および１３０が生成されるようにしなければならない。
【００１１】
ダイオードの順電圧が負の温度係数を有している一方、均質にドーピングされた溶融ヒューズチップの温度係数は正である。それ故に溶融ヒューズチップの抵抗は、整流器の通常作動において抵抗、ひいては損失電力が整流器ダイオードの損失電力と匹敵するくらいになるように調整設定することができる。極性が間違っている場合、ヒューズの抵抗は正の温度係数のために著しく上昇する。温度が上昇すると、溶融ヒューズチップとケーシングとのはんだ付けははがされかつ電気回路はバッテリーの短い放電時間後にもう遮断されている。ヒューズの抵抗は、狭い許容偏差範囲において調整設定可能であり、損失電力はドーピングおよび幾何学模様選定によって整流器ダイオードの損失電力に整合されている。冷却も同じケーシングの使用によって匹敵するものとできる。従ってヒューズはバッテリーの極性を誤って接続した場合にも必ず、整流器ダイオードの前にきれることになる。
【００１２】
図３には、切り欠き３０，４０，５０，６０および７０を有する冷却板２０が平面図にて示されている。切り欠き３０，４０，５０，６０および７０は同じ直径を有している。
【００１３】
切り欠き３０ないし５０には、整流装置の製造のためにそれ自体公知の方法で押し込みダイオードの形で製造された整流器ダイオード１，２および３が押し込まれる。同じような手法で、整流器チップのケーシングと同一の、溶融ヒューズチップのケーシングが切り欠き６０に押し込まれる。切り欠き７０は溶融ヒューズチップのコンタクト形成を実現するために用いられる。このコンタクト形成については以下に図４の説明の所で説明する。
【００１４】
図４には、切り欠き６０に押し込まれている押し込み溶融ヒューズ６１、すなわち整流器ダイオードに対しても使用されるような、ただしここではケーシングにはダイオードチップの代わりに溶融ヒューズチップがマウントされている押し込みケーシングを備えた冷却板２０の部分が示されている。その際ヒューズ６１は押し込み基部６３と一緒に冷却板の切り欠き６０に存在している。切り欠き７０にはコンタクトねじ７１がはめ込まれている。これはアイソレーション部７２を用いて冷却板とは電気的にアイソレーションされている。コンタクトナット７３を用いてコンタクトワイヤ７４が締結されている。これははんだ付け個所７５を介して溶融ヒューズ６１のヘッドワイヤ６２に結合されている。
【００１５】
コンタクトねじ７１は整流器装置の出力側Ｂ＋を成している。電流は、ダイオード１，２および３のカソードの電気的な接続部を形成している冷却板２０を介して、ヒューズ内の押し込み基部６３を介してそこからヘッドワイヤ６２、コンタクトワイヤ７４およびコンタクトねじ７１を介して搭載電源部ないし自動車のバッテリーに流れる。ダイオード（図示されていない）ないしヒューズ６１の個々のケーシングの底部間の熱抵抗は同じである。ダイオードおよび溶融ヒューズは同じ冷却条件を有している。チップ（すなわちダイオードチップないし溶融ヒューズチップ）と冷却空気との間の総熱抵抗は、３相交流ゼネレータの回転数が毎分３０００回転の場合、例えば約２Ｋ／Ｗのところにある。温度が２５℃で、チップ厚が２００μｍで、チップ面積が２０．３ｍｍ２の場合に２３ｍΩｃｍの比抵抗を有し、ｎドーピングされたシリコンウェハから成る高ドーピングされた領域１２０，１３０のない溶融ヒューズチップでは、上に述べた冷却板装置の場合、例えば１２０Ａのゼネレータ電流および１２０℃の冷却空気温度による通常作動の場合に溶融ヒューズチップにおいて２１５℃の平衡温度が生じる。電圧降下は約０．４Ｖであり、損失電力は約４８Ｗである。これに対して、整流器ダイオードのチップ温度は１８２℃であり、３つのダイオード１，２および３の総損失電力は１０８Ｗである。一層小さな厚さ、例えば約１３０μｍの厚さを有するチップを使用すれば、損失電力を一層低減することができる。その場合溶融ヒューズチップにおける平衡温度は１７７℃にあり、電圧降下は０．２４Ｖにありかつ損失電力は２８Ｗにある（すなわちチップ厚さに大体無関係にとどまる、１０８Ｗである３つのダイオード１，２および３の損失電力の約２５％）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  整流器装置の略図である。
【図２】  溶融ヒューズの半導体チップの略図である。
【図３】  冷却板の略図である。
【図４】  溶融ヒューズのコンタクトの略図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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