Richi´s Lab

Gleichrichterwerk Stahnsdorf SU510

SU-510

SU-510

Das Gleichrichterwerk Stahnsdorf produzierte mit dem SU510 ein Darlingtontransistormodul, das bis zu 800V sperren und dauerhaft 30A leiten kann. Das Datenblatt gibt eine Abschaltzeit von 3µs an. Zur selben Produktfamilie gehören der SU509 (700V/30A) und der SU508 (600V/30A). Parallel dazu umfasste das Portfolio eine 60A-Produktfamilie mit etwas geringeren Sperrspannngen (SU520, SU519 und SU518).

Es handelt sich um ein typisches Powermodul-Gehäuse mit einer großen Kühlplatte. Der Wärmewiderstand von 0,5°C/W erlaubt es der 30A-Modellreihe bis zu 250W Verlustleistung abzuführen.

 

SU-510 Schaltplan

Ein Aufkleber zeigt den inneren Aufbau. Es handelt sich um einen Darlington-Transistor mit Freilaufdiode. Über der Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors befindet sich ein Widerstand. Parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Treibertransistors wurde ein Widerstand und eine Diode integriert. Wie im Rahmen des Darlington-Halbbrückenmoduls KD324510 beschrieben, sind das Maßnahmen die die Abschaltgeschwindigkeit der Transistoren erhöhen.

In der oberen linken Ecke ist das Logo des Gleichrichterwerks Stahnsdorf abgebildet.

In der unteren linken Ecke sind vier Zahlen eingestanzt, die vermutlich einen Datecode darstellen. Demnach wurde dieses Modul in der Kalenderwoche 12 des Jahres 1989 gefertigt.

 

SU-510 offen

Auf der Oberseite des Moduls befindet sich ein als Deckel fungierendes Kunststoffelement. In diesem Deckel sind die Muttern enthalten, mit denen die elektrischen Zuleitungen fixiert werden. Ohne den zugehörigen Schrauben kann der Deckel einfach herausgezogen werden.

 

SU-510 Mechanik

SU-510 Mechanik

Auf jeder Seite des Moduls fixiert eine Öse das Kunststoffgehäuse auf der Grundplatte.

 

SU-510 Verguss

SU-510 Verguss Detail

Entfernt man das Kunststoffgehäuse, so zeigt sich der innere Aufbau. Die schwarze Schicht diente höchstwahrscheinlich nur zur Fixierung und Abdichtung während der Fertigung. Den Schutz der Halbleiter stellt eine dicke, weiße Silikonschicht dar. Es handelt sich dabei nicht um den heute üblichen Gelverguss, sondern um ein klassisches, zäh aushärtendes Material. Nachdem das Gehäuse nach oben hin quasi offen ist, wurde auf dem Silikonverguss zusätzlich ein hartes, bräunliches Material aufgebracht.

 

SU-510 Aufbau

Schneidet man die Kontaktfahnen ab, so kann man den oberen, bräunlichen Verguss abnehmen. Die weiße Silikonmasse muss man Stück für Stück händisch entfernen. Beim Lösen der letzten Reste kann ein Silikonentferner unterstützen.

Die sieben enthaltenen Halbleiter sind mit ihren Stromschienen auf einem Keramikträger aufgelötet. Der Keramikträger garantiert die elektrische Isolation zur Grundplatte.

 

SU-510 Aufbau

SU-510 Aufbau

Die Bonddrähte wurden mit dem Silikonverguss entfernt. Sie lassen sich aber gut rekonstruieren. Von oben trifft über den Kontakt 2 das Basispotential ein. Von dort führen Bonddrähte zu den vier parallel geschalteten Dies, die bereits den vollständigen Darlingtontransistor beinhalten. Auf der Basispotential-Metallschiene befinden sich die zwei Dioden D1a und D1b, die über Bonddrähte mit dem Emitter des Treibertransistors verbunden sind.

Die Stromschiene, die an den Kollektoranschluss 3 angebunden ist, trägt die Leistungshalbleiter. Der Kollektorstrom fließt über die Unterseiten der Dies in die Darlingtontransistoren. Von der Oberseite der Dies führen vier Bonddrähte zur unteren Metallschiene, wo sich das Emitterpotential des Kontakt 1 befindet.

Zwischen den Darlingtontransistoren bildet die Diode D2 den Freilaufpad des Moduls.

 

SU-510 D1 diode die

Die Dioden D1a und D1b befinden sich parallel zur Basis-Emitter-Strecke der Treibertransistoren. Die Spannungsfestigkeit muss entsprechend nicht allzu hoch sein, was sich in den relativ kleinen Abständen zum Rand hin wiederspiegelt.

 

SU-510 Transistor die

SU-510 Transistor die

Die Darlingtontransistoren sind sehr speziell aufgebaut. Im oberen Bereich befindet sich der Treibertransistor T1. Von oben trifft dessen Basispotential B1 ein. Das Emitterpotential des Treibertransistors (E1) ist mit der Basis B2 des im unteren Bereich integrierten Lasttransistors T2 verbunden.

 

SU-510 Transistor die detail

In der Mitte des Dies ist der Widerstand R2 zu erkennen, der sich parallel zur Basis-Emitter-Strecke des Leistungstransistors T2 befindet. Messungen ergeben einen Widerstand von 150Ω.
Der Widerstand parallel zum Treibertransistor T1 lässt sich mit 56Ω bestimmen. Dieser Widerstand ist optisch nicht auszumachen.

Zwischen dem Treiber- und dem Leistungstransistor wurde ein Graben in das Die geätzt. Vermutlich dient die Unterbrechung dazu die gegenseitige Beeinflussung der zwei Transistoren über das Substrat zu reduzieren. Der Treibertransistor soll über seinen Emitterpfad den Basisstrom für den Lasttransistor liefern. Abhängig von den Spezifika des Dies und den elektrischen Feldern kann es aber wahrscheinlich auch vorkommen, dass sich die beiden Transistoren über das Substrat gegenseitig beeinflussen.

 

SU-510 Transistor die detail

Um den Rand des Dies befindet sich ein Graben, wie er in vielen Leistungstransistoren zu finden ist. Das Herunterätzen bis über die Basis-Emitter-Grenzfläche erzeugt einen saubereren Abschluss derselben. Ein weniger homogener Abschluss am Rand des Dies würde zu höheren Leckströmen führen.

 

SU-510 power diode die

SU-510 power diode die

Da die Freilaufdiode mit der vollen Sperrspannung belastet wird, besitzt auch sie einen geätzten Rahmen, um Leckströme zu reduzieren. Statt eines Rechtecks mit abgerundeten Ecken kam hier allerdings ein einfacheres Muster zum Einsatz.

 

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