Richi´s Lab

WF ST103

WF ST103 Package

Der ST103 ist ein Thyristor, der im Werk für Fernsehelektronik in Berlin gefertigt wurde. Auf dem Package sind entsprechend die Buchstaben WF eingeprägt. Die eigentliche Beschriftung fehlt bei diesem Bauteil. Normalerweise folgt auf die Typbezeichnung ST103 eine Zahl, die die Spannungsfestigkeit darstellt. Verfügbar waren Sperrspannungen zwischen 100V und 600V, wobei bedingt durch Produktionsprobleme zum Großteil die schwächeren Typen anfielen. Der mittlere Strom darf bei diesem Thyristor 3A betragen, Spitzenströme bis 15A sind zulässig.

Das Werk für Fernsehelektronik hatte auf Grund fehlender Erfahrungen mit derartigen Bauteilen große Produktions- und Qualitätsprobleme. Neben einer zu hohen Ausschussquote war auch die Langzeitstabilität ungenügend. Letzteres wurde angeblich vor allem durch die fehlende Oberflächenpassivierung des Dies verursacht. Der KT206 von Tesla stellte schließlich eine stabilere Alternative dar.

 

WF ST103 Package

Das Gehäuse-Material bedeckt den unteren Teil der Kühlfahne. Da die Kühlfahne so nicht vollständig auf einem Kühlkörper aufliegen kann, dürfte diese Fertigungsschwäche die Entwärmung nicht unerheblich behindern.

 

WF ST103 Aufbau

Das Gehäuse-Material unterscheidet sich deutlich von den heute üblichen Epoxidmischungen. Bei hohen Temperaturen zersetzt sich das Material nicht, es wird nur etwas spröder. Dennoch lässt sich die Kühlfahne nach einer Hitzebehandlung relativ gut aus dem Package heraushebeln. Ein Grund dafür dürfte sein, dass der Thyristor großzügig mit einer weißlichen Masse bedeckt ist. Die Masse verhält sich wie eine Art Trennmittel. Es handelt sich dabei um Cenusil, einem ostdeutschen Silikonprodukt. Der Silikonüberzug wurde notwendig, weil es in der ST103-Baureihe bei hohen Spannungen zu Überschlägen kam.

Im Package kann man die drei Anschlussdrähte erkennen.

 

WF ST103 Aufbau

Der eigentliche Thyristor ist eine runde Scheibe mit einem Durchmesser von 3,3mm. Durch die Thyristorscheibe zieht sich ein Riss, der während der Herstellung entstanden sein könnte. Es ist aber auch möglich, dass der thermische Stress beim Freilegen den Riss verursacht hat.

Der Draht mit dem Anoden-Potential kontaktierte direkt die Kühlfahne und damit von hinten die Thyristorscheibe. In der Mitte der Scheibe befand sich die Anbindung des Gate-Potentials. Auf dem umgebenden Ring endete rechts der Draht des Kathoden-Potentials.

 

WF ST103 Die

Die schwarze, spröde erscheinende Kruste erinnert an die Kontaktierung der Zuleitungen beim AU103 Philips. Die Drähte wurden anscheinend mit Hilfe eines Lötvorgangs auf dem Halbleiter befestigt. Das schwarze Material dürfte die Überreste des Lötvorgangs darstellen.

Der Riss durch den Thyristor ist hier noch deutlicher zu erkennen.

 

WF ST103 Die Detail

Am Rand des Thyristors wurde ein Graben in den Halbleiter geätzt. Der goldene Glanz am Rand des Grabens lässt sich nicht erklären. Es könnte sich um Überreste aus der Produktion handeln.

 

WF ST103 Die Detail

Um den inneren Gate-Kontakt kann man einen weiteren, allerdings weniger tiefen Graben erkennen.

 

WF ST103 Die Aufbau

Die beiden Gräben lassen sich mit dem vermutlichen Aufbau des Thyristors erklären. Die unterste, p-dotierte Schicht stellt die Anode dar. Darauf befindet sich eine n-dotierte Schicht und eine weitere p-dotierte Schicht, die auch den mittigen Gate-Kontakt ausbildet. Die oberste, n-dotierte Kathoden-Schicht ist ringförmig um den Gate-Kontakt angeordnet.

Die Oberfläche der Thyristorscheibe ist sehr ungleichmäßig. Derartige Störstellen können an pn-Grenzflächen zu Leckströmen führen. Die Grenzfläche zwischen Gate und Kathode kontrolliert den Schaltvorgang und ist dadurch besonders kritisch, wenn es um Leckströme geht. Um die Störstellen zu beseitigen, wurden die Gräben eingebracht. An der Außenkante der Thyristorscheibe sorgt der tiefere Graben für einen glatten Abschluss der wirksamen pn-Grenzfläche. Um den Gate-Anschluss begradigt der flacherer Graben die dortige Kante der Grenzfläche. Den inneren Graben wollte man vermutlich nicht tiefer ausführen, da dort Gate und Kathode die kürzeste und damit effektivste Verbindung besitzen.

 

WF ST103 Die Detail

Am Rand der Thyristorscheibe ist die raue Oberfläche deutlich zu erkennen.

 

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