Силовой полупроводниковый модуль

 

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, а именно к таблеточным силовым полупроводниковым приборам. Целью изобретения является обеспечение многофункциональности прибора в общей схеме его таблеточного исполнения и экономии материала термокомпенсатора« Структуры силовых полупроводниковых элементов 1 и 2 отдельно смонтированы с обеих плоскопараллельных сторон термокомпенсатора 3, Термокомпенсатор выполнен с одноступенчатым сечением К ступени 4 термокомпенсатора припаян кольцеобразный медный токовывод 5о В разных вариантах в качестве силового полупроводникового элемента 1 на термокомпенсаторе 3 может быть смонтирована транзисторная, диодная, тиристорная структуры или же составной транзисторо. Для случая транзисторной структуры с ее центра вьгоеден базовый токовывод 11, изолированный от теплотоковывода 9 изолятором 12, смонтированный с выводом При диодной структуре вьтод 11 отсутствуете Термокомпенсатор с транзисторным и диодным элементами модуля устанавливают на серебряной прокладке 7 основания 6 о 2 3 о п о ф-лы,7 ил о i (Л 10 // со со Од СХ)

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

„„SU„„1396181

А 1 (51)4 Н 01 L 25/04

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4119057/24-07 (22) 02 ° 07 ° 86 (46) !5 ° 05.88. Бюп. - 18 (71) Специальное проектно-конструкторское и технологическое бюро полупроводниковой техники с опытным заводом (72) С.А.Шабоян и А.С.Ц1абоян (53) 621.314.632 (088.8) (56) Евсеев Ю.А. Полупроводниковые приборы для мощных высоковольтных преобразовательных устройств. М.:

Энергия, 1978, с. 46-49, 132-133.Патент ФРГ М 3323246, кл. Н 01 L 25/04, 1983. (54) СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ МОДУЛЬ (57) Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, а именно к таблеточным силовым полупроводниковым приборам, Целью изобретения является обеспечение многофункциональности прибора в общей схеме его таблеточного исполнения и экономии материала термокомпенсатора. Структуры силовых полупроводниковых элементов 1 и 2 отдельно смонтированы с обеих плоскопараллельных сторон термокомпенсатора 3. Термокомпенсатор выполнен с одноступенчатым сечением.

К ступени 4 термокомпенсатора припаян кольцеобразный медный токовывод 5. В разных вариантах в качестве силового полупроводникового элемента

1 на термокомпенсаторе 3 может быть смонтирована транзисторная, диодная, тиристорная структуры или же составной транзистор. Для случая транзисторной структуры с ее центра выведен базовый токовывод 11, изолированный от теплотоковывода 9 изолятором 12, смонтированный с выводом. При диодной структуре вывод 11 отсутствует, Термокомпенсатор с транзисторным и С диодным элементами модуля устанавливают на серебряной прокладке 7 основания 6. 2 з.п, ф-лы, 7 ил.

f0 1

У 22

©Э

lI 396181

Изобретение относится к силовой полупроводниковой технике, а именно к .таблеточным силовым полупроводниковым приборам.

Целью изобретения является обеспечение многофункциональности прибора, его таблеточного исполнения и экономии материала термокомпенсатора.

На фиг.1 изображен транзисторнодиодный вариант конструкции таблеточного силового полупроводникового модуля; на фиг.2 — прибор, вид сверху; на фиг.3 — схема модуля,, состоящего из транзистора и диода; на фиг.4 — то 15 же, с двумя последовательно включенными диодами; на фиг„5 — то же, с двумя встречно включенными диодами; на фиг.6 — схема модуля, содержащего тиристор и диод, подключенные 20 последовательно; на фиг.7 — схема мо. дуля, содержащего составной транзис" тор и диод.

Силовой полупроводниковый модуль таблеточного типа (фиг.1) содержит 25 силовую полупроводниковую структуру

1, например транспортную и силовую диодную структуру 2, которые сплавлением силуминовым сплавом смонтирова ны на верхней и нижней поверхностях 30 термокомпенсатора 3. Термокомпенсатор выполнен с одноступенчатым сечением.

К ступени 4 термокомпенсатора 3 припаян кольцеобраэный медный токовы. Вод 5. Полупроводниковые структуры

1 и 2 с термокомпенсатором 3 установлены на основании 6 через сереб ряную прокладку 7, тем самым обеспечивается хорошая теплоотдача.

На силовой пОлупРОВОДникОВой 40 структуре 1 через молибденовую маску

8 в соответствии с топологией транзистора установлена верхняя крышка с теплотоковыводом 9 с базовым углублением 10, В случае, если структу- 45 ра 1 является транзисторной или тиристорной, с ее центра выведен базовый токовывод 11, изолированный от теплотоковывода 9 полихлорвиниловым изолятором 12, смонтированный с выводом 13. При диодной структуре вы50 вод 11 отсутствует.

Внутренние элементы конструкции . прибора охвачены снаружи пластмассовым корпусом 14 с металлической арматурой 15, 16. Последняя снабжена демпферным углублением 17, Высокотемпературным припоем нижняя металлическая арматура 16 припаяна к основанию 6, а теплотоковывод 9 — на внутренний диаметр крьш(ки 18. Через пластмассовый корпус 14 выведен токовывод 19, который смонтирован с кольцеобразным токовыводом 5 пайкой низкотемпературным припоем, По периметру основания 6 надето фторопластовое кольцо 20, обеспечивающее центровку полупроводниковых элементов в пластмассовом корпусе.

Герметизация полупроводникового прибора осуществляется плазменной сваркой крышки 18 с арматурой 15 по периметру стыка 71, Крышка снабжена демпферным углублением 22.

В разных. вариантах, согласно изобретению, в качестве силового полупроводникового элемента 1 на термокомпенсаторе 3 может быть смонтирована транзисторная, диодная, тиристорная структуры или составной транзистор.

В варианте с силовой транзисторной или силовой составной структурой на верхней поверхности термокомпенсатора 3 и силовой диодной структурой с нижней стороны, т.е. в варианте транзисторно-диодного и силового составного модулей (фиг.3 и 7) при токоподводе положительной полярности от основания 6 диода получится модуль последовательной полярности от вывода 19 термокомпенсатора 3 получится модуль силового транзистора с изолированным коллектором. Диод в этом случае служит в качестве изолятора силового или составного транзистора.

При соединении же вывода 9 с основанием 6 получится транзисторнодиодный или силовой составной модуль, в котором силовой транзистор зашунтирован диодом. При этом используется силовая диодная структура с малым временем восстановления.

В варианте модуля с одной силовой диодной структурой на каждой стороне термокомпенсатора, где диоды подключены последовательно (фиг,4), полу- чается плечо выпрямительного моста.

В варианте модуля с силовой диодной структурой на обеих сторонах поверхности термокомпенсатора 3 диоды смонтированы встречно (фиг.5), следовательно, получается диодный модуль, в котором диод изолирован от корпуса, 181

3 1396

При соединении основания 6 с выводом 9 получается модуль с параллельно включенными диодами.

В другом варианте тиристор и диод подключены последовательно (фиг. 6), 5 анод тиристора изолировангот корпуса через диод при подаче положительного потенциала на токовывод 19. В этом же случае, если соединить выводы 1ð

9 и основание 6, получится тиристорно-диодный модуль, в котором к тиристору подключен антипараллельный диод. При этом используется силовая диодная структура с малым временем 15 восстановления.

Пример. Силовой транзисторнодиодный модуль таблеточного типа.

Пластмассовый корпус 14 изготавливается известным способом с металли- 2р ческой арматурой 15,16 и токовыводами 13,19. Металлическая арматура 16 предварительно штампуется по требуе мой конфигурации с обеспечением демпферного углубления 17 на арматуре 25

16, которая припаивается к основанию

6, затем покрывается гальваническим . никелем.

Сечение токовыводов выбирается по максимальному току полупроводниковых Зр приборов, входящих в модуль, Токовыводы 13,19 покрываются гальваническим никелем, а затем все металлические детали (арматура) 15,16 устанавливаются в пресс-форму и вмес35 те с пластмассовым порошком прессуются.

Штампуется металлическое кольцо (крьппка) 18 с демпферным углублением 22,Теплотоковывод 9 с базовым уг- 4р лублением 10 припаивают на внутренний диаметр кольца (крьппки) 18, после чего покрывается гальваническим никелем.

Для обеспечения соответствующей площадки токовывода на термокомпенсаторе 3 с одной стороны по периметру образуют ступень, затем термокомпенсатор покрывают никелем. После этого с обеих сторон его шлифуют и осуществляют доводку для обеспечения плоскопараллельности и требуемой толщины.

Структуры полупроводниковых элементов — силовая транзисторная 1 и

55 силовая диодная 2 — одновременно подвергают сплавлению с обеих сторон термокомпенсатора 3 1соответственно на верхней и нижней его поверхностях), а затем с обеих сторон напыляют алюминии с целью создания омических контактов.

Для разделения эмиттерных и базо. вых конфигураций топологии силового транзистора осуществпяют фотолитографию с последующим травлением. После процесса фотолитографии проводится профилирование по периметру р-п переходов ° После этого к ступени припаивается кольцеобразный медный токовывод 5.

После проведения указанных вьппе операций, изготовления таблеточного корпуса и полупроводниковых элементов (транзистора и диода) на одном и том же термокомпенсаторе осуществляют сборку таблеточного модуля силового транзисторно-диодного модуля

Термокомпенсатор 3 с транзисторным и диодным элементами модуля устанавливают на серебряной прокладке

7 основания 6, обеспечивая тем самым хорошую теплоотдачу, Затем одевают фторопластовое кольцо 20, которое обеспечивает центровку полупроводниковых элементов, смонтированных на термокомпенсаторе. Кольцеобразный токовый медный вывод 5 монтируют с токовыводом 19 путем пайки. Далее устанавливают верхнюю крышку 18, на которой собран прижимной базовый вьгзод 11, изолированный полихлорвиниловым изолятором 12 от верхнего теплотоковывода 9, соединяют припоем с токовым выводом 13, тем самым одновременно осуществляется его герметизация. Герметизация таблеточного модуля осуществляется сваркой по стыку 21, герметизацию токовывода

19 осуществляют обжимкой и сваркой.

Благодаря таблеточному силовому полупроводниковому модулю предложенной конструкции обеспечивается многофункциональность прибора в силовых цепях, т.е. можно получать различные сочетания силовых полупроводниковых приборов: транзистор — диод, диод — диод, тиристор — диод. При этом, в отличие от известных сочетаний этих приборов в схемах, два прибора, образующие пару, объединяются в одном корпусе и монтируются на одном термокомпенсаторе, и, следовательно, вместо двух термокомпенсаторов требуется один на два прибора. В результате вдвое сокращается расход

5 13961 дефицитного материала термокомпенсатора — вольфрама или молибдена, Формула изобретения

1, Силовой полупроводниковый модуль, содержащий герметичный корпус, в котором размещены силовые полупроводниковые элементъ1, термокомпенса- 10 тор и токовыводы, о т,п и ч а ю щ и йlc я .тем, что, с целью обеспечения многофункциональности прибора, его таблеточного исполнения и экономии материала, термокомпенсатор выполнен с одноступенчатым сечением, от

81 ступени которого выведен токовывод, с каждой плоскопараллельной стороны термокомпенсатора смонтирована структура силового полупроводникового элемента..

2, Модуль по п.l, о т л и ч а ю— шийся тем, что в качестве Структур силовых полупроводниковых элементов используют однородные полупровод" никовые структуры.

3. Модуль по п.l о т л и ч а юшийся тем, что в качестве структур силовых полупроводниковых элементов используют разнородные полупроводниковые структуры.

1396181 фиГ 7

Составитель 0.Наказная

Редактор М.Циткина Техред Л.Сердюкова

Корректор М.Максимяпинец

Заказ 2499/52

Тираж 746

Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

bio делам изобретений и открытий

1 13035, Москва, Ж-35; Раушская наб., д. 4/5

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