Силовий напівпровідниковий прилад з високою термодинамічною стійкістю

1. Силовий напівпровідниковий прилад з високою термодинамічною стійкістю, що містить корпус, утво рений з керамічного кільця і тонких металевих манжет, що з'єднують його з двома струмопровідними електродами, між якими знахо дяться випрямний елемент, який складається з напівпровідникової структури та одного або двох термокомпенсато рів, і контактні прокладки, а також центруюче ізоляційне кільце, який відрізняється тим, що центруюче ізоляційне кільце має два виступи, які заходять на випрямний елемент з двох боків, при цьому ширина виступ у, що заходить на фаску напівпровідникової структури, дорівнює або A 2 (13) 1 3 41770 4 В основі винаходу поставлено завдання в технологічність складання силових на півпровіднисиловому напівпровідниковому приладі – шляхом кових приладів. введення в середину корпусу захисту від Запропоноване технічне рішення показане на проникнення високотемпературної плазми до фіг. 1-5. тонких манжет корпусу забезпечити високу На фіг. 1 показана констр укція силово го напівтермодинамічну стійкість приладів, яка б провідникового приладу з центруючим кільцем з перевищувала досягнутий рівень у 2 – 3 рази. еласти чного кремнійорганічного матеріалу і до поРезульта том вирішення завдання є запропономіжними кільцями зі сталі, вана конструкція силового напівпровідникового де 1 і 9 – струмопровідні електроди, приладу з високою термодинамічною стійкістю, що 2 і 6 – металеві манжети, містить корпус, ство рений з керамічного кільця і 3 – керамічне кільце, тонких металевих манжет, що з'єднують його з 4 – допоміжні кільця зі сталі, двома струмопровідними електродами, між якими 5 – центруюче ізоляційне кільце з знаходиться випрямний елемент, який складаєтькремнійорганічного матеріалу, ся з напівпровідникової стр уктури та одного або 7 – фаска на напівпровідниковій структурі двох термокомпенсаторів, і конта ктні прокладки, а випрямного елемента, також центруюче ізоляційне кільце. 8 – випрямний елемент, Пристрій відрізняється тим, що центруюче 10 – стопорні кільця. ізоляційне кільце має два виступи, які захо дять на На фіг. 2 показана конструкція силового випрямний елемент з двох боків, при цьому, ши ринапівпровідникового приладу з допоміжними на виступу, який заходить на фаску напівпровідникільцями з еластичного кремнійорганічного кової стр уктури, дорівнює або більше її ши рини, а матеріалу, обидва виступи, або, принаймні один, притиснутий де 1÷9 те, що на фіг. 1, до напівпрові дникової структури допоміжним кіль11 – допоміжні кільця з кремнійорганічного цем з теплостійкого мате ріалу. матеріалу. Для забезпечення більш щільного притискання На фіг. 3 показана конструкція силового до випрямного елемента центруюче ізоляційне напівпровідникового приладу з допоміжними кільце запропоновано виготовляти з еластичного кільцями зі сталі і кремнійорганічного матеріалу, кремнійорганічного матеріалу. де 1÷11 те, що на фіг. 1 та 2. В некерованих силових напівпровідникових На фіг. 4 показана конструкція силового приладах, наприклад, діодах і для їх здешевлення напівпровідникової о приладу, в якому для допоміжне кільце доцільно виготовляти зі сталі. притискання допоміжного кільця використана В керованих силових приладах, наприклад, в металева манжета, тиристорах, в яких необхідно вивести управляюде 1÷9 те, що на фіг.1. чий вивід від на півпровідникової структури за корНа фіг. 5 показана конструкція силового пус, доцільно допоміжне кільце виготовляти з ізонапівпровідникового приладу, в якому в ролі ляційного кремнійорганічного матеріалу. допоміжного кільця, яке притискає виступ В керованих си лових напівпровідникових прицентруючого кільця до випрямного елемента ладах для їх здеше влення доцільно використати в використана металева манжета корпусу, приладі одне допоміжне кільце зі сталі, а друге з де 1÷10 те, що на фіг. 1. кремнійорганічного мате ріалу. Запропонований силовий напівпровідниковий При використанні уніфі кованих мета локерамічприлад має корпус, який утворений з керамічного них корпусів спрощенної конструкції для напівпрокільця 3 (див. фіг. 1) і тонких металевих манжет 2 і відникових приладів доцільно використовувати ма6, які з'єднують його з двома струмопровідними нжету корпусу в ролі допоміжного кільця, яке заелектродами 1 і 9. Між ними розміщені випрямний безпечує притискання виступу центруючого кільця елемент, який складається з напівпровідникової до випрямного елемента. структури і одного або двох термокомпенсаторів і Можливе використання одного допоміжного контактні прокладки для покращення притисних кільця, яке притискає виступ центруючого кільця контактів. Центровка випрямного елемента 8 в до напівпровідникової структури, але корпусі виконана ізоляційним кільцем 5. термодинамічна стійкість такого Відрізняється прилад тим, що центруюче напівпровідникового приладу буде дещо нижча, ізоляційне кільце 5 має два виступи, які заходять ніж у випадку з двома допоміжними кільцями. на випрямний елемент 8 з двох боків. При цьому Запропоноване технічне рішення значно підвиширина виступ у, який заходить на фаску 7 щує термодинамічну стійкість силових напівпровіднапівпровідникової структури дорівнює або більше никових приладів до зворотного струму короткого її ширини, а обидва виступи, або принаймні один замикання за рахунок обмеження вихо ду ви сокотевиступ, притиснутий до напівпровідникової мпературної плазми з корпусу прилада. В резульструктури допоміжним кільцем з теплостійкого таті термодинамічна стійкість напівпровідникових матеріалу. приладів підвищується більше, ніж в 5 разів. Крім Центруюче ізоляційне кільце 5 виготовлене з того, це технічне рішення забезпечує простоту і еластичного кремнійорганічного матеріалу і показане на фіг. 1. Допоміжні кільця вигото влені зі сталі 4 або з кремнійорганічного мате ріалу 11 і показані відповідно на фіг. 1 та фіг. 2. Мо жна також використо вувати в одному приладі одночасно допоміжне кільце зі сталі 4 і із кремнійорганічного мате ріалу 11 (див. фіг. 3). 2 5 41770 6 Для забезпечення притискання допоміжного кільця була вибрана з урахуванням можливості кільця зі сталі 4 до виступу центруючого кільця при герметизації корпуса притискання кільця з використане стопірне кільце 10 (див. фіг. 1, 3 і 5). допомогою манжет 2, 6 (див. фіг. 1) до виступів Засобом, який забезпечує притиснення центруючого кільця. допоміжного кільця 11 (див. фіг. 2 і 3) і 4 (див. фіг. Запропоноване технічне вирішення на 4) до виступу центруючого кільця, використано вказаних силових напівпровідникових приладах металеві манжети 2 і 6 корпусу. забезпечує високу термодінамічну стійкість В ролі допоміжного кільця, яке притискує виприладів при зворотних струмах короткого ступ центруючого кільця до випрямного елемента замикання. використа но металеву манжету корпуса 2 (див. Розглянемо фізичний процес в силовому фіг. 5). діоді при короткому замиканні. При прикладанні Ефе ктивність запропонованого винаходу бузворотної напруги на діод і пробиванні р-n ла підтверджена при виготовленні потужних напереходу в зоні фаски виникає великий півпровідникових ді одів таблеткової конструкції. зворотний струм короткого замикання в локальній Для діодів використо вувались металокераміобласті в місці пробою, який приводить до чні корпуси типу КЖТД-56, які виготовляються севиникнення високотемпературної плазми. Ця рійно. Випрямний елемент 8 (див. фіг. 1) був виплазма переплавляє локально напівпровідникову готовлений з напівпровідникової діодної структуструктур у і намагається вийти назовні,, переплаври, з'єднаної з молібденовим термокомпенсатоляючи на своєму шляху все, що переплавляється ром за допомогою пайки силуміном. На діодній і горить. Центруюче кільце з кремнійорганічного структурі була знята фаска 7 (див. фіг. 1) шляхом матеріалу не горить і притиснене з допомогою шліфування. Фаска була потравлена кислотою допоміжного кільця до фаски обмежує вільний для зняття зруйнованого шару кремнію і вихід ви сокотемпературної плазми до манжет козахищена кремнійорганічним компаундом КЛТ-30. рпусу і скеровує плазму в сторону масивних Для покращення якості притискання контактів мідних електродів, які підплавляються плазмою, були використані срібні прокладки товщиною внаслідок чого температура плазми знижується, 0,1мм. Центруюче ізоляційне кільце 5 (див. фіг. 1) тому що енергія плазми використовується на виготовили методом пресування з підплавлення мідних електродів. Внаслідок цього кремнійорганічного матеріалу на основі СКТН. плазма, до спрацьовування елементів захисту Кільце мало в розрізі Г-подібну форму, але могла (швидкодіючих запобіжників), не встигає зруйнубути вибрана і П-подібна форма. В даному вати корпус приладу, вийти за його межі та вивипадку виступ, який знаходився на діодній кликати пожежу в пе ретворювальних пристроях. структурі, мав ширину дещо більшу (~ 0,5мм) ніж Були виготовлені і випробувані на термодиширина фаски і торкався мідного електроду 9 намічну стійкість діоди таблеткової конструкції на (див. фіг. 1) після притискання. Товщина виступу струм 2000 А і напругу до 3000 В з використанбула вибрана ~ 2мм для забезпечення щільного ням центруючих кілець з кремнійорганічного мапритискання кільця. Розміри допоміжного кільця теріалу і до поміжних кілець зі сталі та кремнійорзі сталі 4 (див. фіг. 1) були вибрані на основі ганічного матеріалу. наступних міркувань: зовнішній і внутрішній Випробування на термодинамічну стійкість діаметри – з розрахунку вільного входження в були проведені у ВАТ "ВІТ" (м. Запоріжжя). Рекерамічне кільце, а також вільного входження в зультати офо рмлені протоколом випробування. кільце мідного електроду. Товщина була вибрана Прилади витримали зворотний струм корот1,5мм і не є критичною, тому що кільце виконує кого замикання 75000 А протягом 7,5м/сек, що допоміжну функцію притискання виступів вище за термодинамічну стійкість звичайних центруючого кільця до напівпровідникової конструкцій приладів (13000 А) бі льше, ніж у 5 раструктури. Для фіксації допоміжного кільця в зів. притисненому стані було використане стопорне кільце 10 (див. фіг. 1) розміщене в кільцевому Література: заглибленні мідного електроду. Може використовува тись і інший спосіб Евсеев Ю.А., Дерменжи П.Г «Силовые полупфіксації допоміжного кільця. Допоміжне кільце з роводниковые приборы», М.: – Энергоиздат, кремнійорганічного матеріалу має внутрішній і 1981 г. зовнішній діаметри, аналогічні за розмірами . центруючому кільцю. Товщина допоміжного 3 Фіг. 1 Фіг. 2 Фіг. 4 Фіг. 3 Фіг. 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул. Сім’і Хохлови х, 15, м. Київ, 04119, Україна Тел.: (+38044) 456-2090