Одноразовый короткозамыкатель и способ его изготовления

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к выключателям, в которых избыточный ток вызывает замыкание контактов, шунтирующих защищаемую аппаратуру и оборудование от импульсов перенапряжения. Целью изобретения является повышение быстродействия путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткозамыкателя. Поставленная цель достигается использованием в качестве короткозамыкателя мощного полупроводникового прибора с прижимными или паяными контактами, конструктивной особенностью которого является то, что краевые области кристалла имеют меньшую проводимость, чем его центральные области. Благодаря этому щнурование тока происходит в центральной зоне кристалла и образующаяся плазма не может вырваться наружу Указанная конструктивная особенность, то есть уменьшенная проводимость боковых(краевых) областей монокристалла, достигается тем, что их подвергают У -облучению. 2 СоПа ф-лы, 1 ил„ с (Л

СОЮЗ COBETCt{HX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

А1 (191 (11) 69/00 (51) 4

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К А ВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 4113008/24-07 (22) 11.07.86 (46) 07.03.88. Бюл. М 9 (72) А.Н. Камышный, В.Я„ Замятин и А.Н. Думаневич (53) 621.316.925(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 249438, кн, Н 01 H 79/00, 1965 °

Авторское свидетельство СССР

|1 1341690, кл„Н 01 Н 79/00, 1986.

Ватушев В.А. Электронные приборы. — М., 1980, с ° 94-187. (54) ОДНОРАЗОВЫЙ КОРОТКОЗАИЫКАТЕЛЬ

И СПОСОБ ЕГО ИЗГОТОВЛЕНИЯ (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к выключателям, в которых избыточный ток вызывает замыкание контактов, шунтирующих защищаемую аппаратуру и оборудование от импульсов перенапряжения. Целью изобретения является повышение быстродействия путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткозамыкателя. Поставленная цель достигается использованием в качестве короткоэамыкателя мощного полупроводникового прибора с прижимными или паяными контактами, конструктивной особенностью которого является то, что краевые области кристалла имеют меньшую проводимость, чем его центральные области. Благодаря этому шнурование тока происходит в центральной зоне кристалла и образующаяся плазма не может вырваться наружу. Указанная конструктивная особенность, то есть уменьшенная проводимость боковых(краевых) областей монокристалла, достигается тем, что их подвергают 1(-облучению.

2 с.п. ф-лы, 1 ил.

1379831

Изобретение относится к электротехнике, а именно к выключателям, в которых избыточный ток вызывает замыкание контактов, шунтирующих вход защищаемой аппаратуры от импульсов перенапряжения разрушающего уровня.

Целью изобретения является уменьшение проводимости краевых областей полупроводниковой структуры и повы- 1О шение надежности путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткозамыкателя.

На чертеже представлена конструкция одноразового короткозамыкателя. 15

Короткозамыкатель содержит монокристалл 1кремния, в объеме которого сформирована полупроводниковая структура, например, динистора или тиристора, нижний медный электрод 2, воль- 20 фрамовый электрод 3, верхний медный электрод 4, нижнюю и верхнюю крышку 5 тиристора, опорный элемент 6, тарированную пружину 7, верхний и нижний охладители 8, фасонную шайбу 25

9, изолятор 10, керамический корпус

11 прибора, шпильку 12, стягивающую конструкцию прибора, например, тиристора, в сборке с охладителем, гайки 13 и изолирующие втулки 14 30 (прокладки), Монокристалл 1 кремния, в объеме которого сформирована тиристорная полупроводниковая структура, распо- 35 ложен между нижним 2 и верхним 4 электродами, причем между нижним электродом 2 и монокристаллом 1 расположен вольфрамовый электрод 3.

Верхний 4 и нижшш 2 электроды со- 40 пряжены с нижней и верхней крышкой тиристора 5.

Во избежание электрического замыкания электродов 2 и 4 они заключены в изолятор 10 и керамический кор- 45 пус 11. Помимо этого конструкция тиристора содержит фасонную шайбу 9.

Тиристорная структура, состоящая из перечисленных элементов, заключена между верхним и нижним охладителями 8, электрический и тепловой контакт которых с этой структурой обеспечивается опорным элементом 6, тарированной пружиной 7, шпильками

12 и гайками 13. Изолирующие втулки

14 препятствуют замыканию электродов в исходном состоянии, Короткозамыкатель работает следующим образом.

При отпирании короткозамыкателя по вспомогательному электроду тиристоров (не показан) или при его пробое черезмерным током и напряжением подпружиненные контакты смещаются навстречу друг другу и, соприкасаясь, создают короткозамкнутое соединение.

Краевые области предлагаемого короткозамыкателя имеют меньшую проводимость чем известного и шнурование тока в этом случае происходит под защитой внешних областей полупроводниковой структуры, которые кратковременно сдерживают плазму внутри объема структуры на время, необходимое и достаточное для образования металлической перемычки, замыкающей электроды. Ее образование гасит плазменнйй шнур.

В связи с тем, что естественный разброс проводимостей отдельных участков кристалла лежит в пределах

20-50Х соотношение сопротивлений краевых областей кристалла и. его центральной зоны выбрано не меньшим

2. 3акон изменения этого сопротивления, протяженность краевых областей и др. существенной роли не играют.

Суть способа состоит в том, что полупроводниковую структуру прибора подвергают 1 -облучению, доза кото1 рого 10 -10 Р. В целях обеспечения неравномерности этого облучения его осуществляют через свинцовую маску, толщина которой уменьшается по направлению от центра к периферии. В результате выполненной таким образом операции облученными оказываются преимущественно краевые области полупроводниковой структуры, сопротивление которых соответственно возрастает и которые при срабатывании короткозамыкателя выполняют функции охранного кольца, препятствующего прорыву плазмы из центральных областей структуры при аварийном срабатывании полупроводникового прибора.

Пример. Берут партию из 12 приборов типа 7161-160, которые подвергают воздействию (-лучей с экс1 позиционной дозой 5 10 P. При этом средний уровень падения напряжения на приборах возрос с 1,6 до 25-10 В, т.е. более чем на порядок. При этом установлено, что проводимость внутренних областей полупроводниковой структуры сохраняется примерно преж1379831 ней, т.е. 1,5-2 В (для установления этого факта изготовляют и анализируются шлифы двух полупроводниковых приборов).

Через остальные приборы, подвергающиеся (-облучению, пропускают ток разрушающего уровня. Выброса плазмы при этом не наблюдается. Помимо внешнего осмотра этот вывод подтвержден при вскрытии приборов, трансформированных в короткозамкнутое соединение черезмерным током.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я

Составитель С.Гордон

Техред И.Попович

Редактор О.Головач

Корректор Л.Пилипенко

Заказ 985/52

Тираж 746 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д, 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4

1. Одноразовый короткозамыкатель, представляющий собой мощный полупроводниковый прибор с прижимными или паяными контактами, входящими в соприкосновение при разрушении полупроводниковой структуры, имеющей форму диска, черезмерным током, о тл и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткозамыкателя, полупроводниковая структура выполнена из материала с неравI номерной проводимостью, уменьшающей. ся от центра к краям диска.

2, Способ изготовления одноразового короткозамыкателя, представляющего собой полупроводниковый прибор с прижимными или паяными контактами, входящими в соприкосновение при разрушении полупроводниковой структуры, имеющей форму диска, черезмерным током, отличающийся тем, что, с целью уменьшения проводимости краевых областей полупроводниковой структуры и повышения надежности путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткоэамыкателя, полупроводниковую структуру в процессе изготовления или после изготовления мощного полупроводникового прибора подвергают гамма-облучению, доза которого возрастает от нуля в центре полупровод7 8 пиковой структуры до 10 — 1Р P на краях полупроводниковой структуры, 25 для чего указанное облучение осуществляют через маску, задерживающую гамма-лучи, выполненную иэ свинца и утоньшающуюся по направлению от центра к краям.