Полупроводниковое устройство

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

OnИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ПАТЕНТУ

,8458

{61).Дополнительный к патенту (22) Заявлено 02.06. 76 (21} 2364901/18-25 (51) М. Кл, (23) Приоритет (32) 02.06. 75

Н 011 23

1ваударстааииый ианитит

СССР иф делан изобретеиий и открытий (31} 582610 (331 США

Опубликовано 07.07.81. Бюллетень № 25

Дата опубликования описания10.07.81 (53) уДК 621 (088

382

8} (72) Автор изобретения

Иностранец

Мичислав В. Бичковски (СНА) Иностранная фирма

Интернэшнл РЕКТИФАЙЕР КОРПОРЕЙШН (СЕА1 (71) Заявитель (54) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО одсредьно

oегоqo ионпласупруиала стааю частт стна родов у во е

ra и, астипорощети.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, в частности к конструкциям силовых полупроводниковых приборов на большие токи. 5

Известны полупроводниковые устройства, содержащие полупроводниковую пластину, зажатую между анодным и катодным электродами и расположенную в изоляционном кольце, соединенном коль- 1О цевыми металлическими фланцами с электродами Pl).

В данном устройстве не предусмотрены средства для центровки верхнего электрода относительно изоляционного 15 кольца, что усложняет сборку устройства.

Наиболее близким техническим решением является полупроводниковое устройство, содержащее полупроводниковую р) пластину, зажатую между анодным и катодным электродами, снабженными кольцевыми фланцами, и изоляционное коль-цо, окружающее полупроводниковую пластину и части электродов и имеющее

2 с одной стороны кольцевой флане соединенный с кольцевым фланцем ного из электродов и снабженный ством для их центровки относите друг друга, а с другой стороны диненное с кольцевым фланцем др электрода, при этом между изоля ным кольцом и полупроводниковой тиной расположено выполненное и гого гибкого изоляционного мате куполообразное тело, в котором новлена, по крайней мере, примы щая к полупроводниковой пластин одного из электродов 2 .

Недостатком известного устро является сложность монтажа элек и изоляционного кольца, посколь время сборки возможно перемеще электродов относительно друг д повреждение полупроводниковой ны или управляющего вывода, чт нижает надежность устройства.

Целью изобретения твляется п ние монтажа и повышение надежи с

Полупроводниковое устройство(фиг,1)

45 содержит полупроводниковую пластину

1, зажатую между верхним катодным 2 и соответственно анодным 3 электродами. В катодном электроде 2 имеется центральное отверстие 4 и гибкий про- 50 водящий фланец 5 из сравнительно тонкого материала, который припаян к наружной периферии электрода 2.Анодный электрод 3, в основном, подобен катодному электроду 2 и также имеет

55 центральное отверстие 6, а его наружная поверхность соединена с гибким фланцем 7, например, пайкой.

3 84581

Цель достигается тем, что в полупроводниковом устройстве, содержащем

1полупроводниковую пластину, зажатую между анодным и катодным электродами, снабженными кольцевыми фланцами, и изоляционное кольцо, окружающее полупроводниковую пластину и части электрогов и имеющее с одной стороны кольцевой .фланец, соединенный с кольцевым фланцем одного из электродов и 10 снабженный средством для их пентровки относительно друг друга, а с другой стороны соединеннве с кольцевым фланцем другого электрода, при этом между изоляционным кольцом и полупро- и водниковой пластиной расположено выполненное из упругого гибкого изоляционного материала куполобразное тело, в котором установлена, по крайней мере, примыкающая к полупроводниковой 20 пластине часть одного из электродов, средство для центровки выполнено в виде трех смещенных по окружности и изоонутых вверх лапок.

Кроме того, куполообразное .тело 25 может иметь паз, через который пропущен управляющий вывод полупроводниковой пластины.

Куполообразное тело со стороны изоляционного кольца снабжено выемками.

На фиг. 1 изображено устройство, поперечное сечение; на фиг. 2верхний электрод со вторым вариантом выполнение фланца, поперечное

Э5 сечение; на фиг. 3 — нижний электрод с изоляционным кольцом со вторым вариантом фланца, поперечное сечение; на фиг, 4 — куполообразное тело с выемками, вид сверху; на фиг.5- <0 устройство с.модифицированным гибким изоляционным кольцом, поперечное сечение,. о 4

Полупроводниковая пластина размещена в изоляционном кольце 8, выполненном, например, из керамики, внешняя поверхность которого для увеличения расстояния электрической утечки выполнена гофрированной, а его. верхняя и нижняя поверхности, I соответствующим образом,метализированы.

Верхняя поверхность кольца 8 соединена путем пайки с фланцем 9, который имеет участок 10.

Через стенку кольца 8 проходит проводящая трубка 11, наружный конец которой уплотняется проводящей заглушкой 12. Через трубку 11 проводят откачку внутренней области собранного устройства и заполнение, при необходимости, инертным газом после сборки устройства. После этого трубка может служить в качестве точки соединения управляющего вывода, который проходит снаружи кольца 8.

К верхней части трубки 11 приварена или припаяна небольшая полоса

13 из покрытой никелем меди для образования сравнительно большой массы металла, которую можно, например, обеспечить ультразвуковой обработкой алюминиевого управляющего вывода устройства, который монтируется внутри собранного под давлением корпуса.

Фланец 9 снабжен короткими повернутыми вверх и размещенными по окружности тремя лапками1на чертеже показаны две из них — 14 и 15), Лапкой 15 служит просто обращенный вверх участок отогнутой наружу секции 16 которая является соединительным зажимом, например, для контрольного подсоединения к верхнему электроду 2.

Эти обращенные вверх три лапки служат в качестве центрирующего средства для установки плоского фланца 5 верхнего электрода 2 при монтаже электродов отнрсительно друг друга.

Диаметр верхнего фланца 5 примерно равен диаметру, образованному кругом, который включает повернутые вверх лапки 14 и 15.

Устройство также содержит куполообразное тело 17 выполненное из изоляР ционного„ упругого и гибкого материала, например из силиконовой резины. Внутренний диаметр куполообразного тела 17 примерно равен наружному диаметру полупроводниковой пластины 1,так что последняя может быть ;становлена в кольцо 17 до сборки. Наружный диаметр

6 при необходимос и, поворотно регулируются в отверстии кольца 17, Затем для закрепления друг.с другом и создания уплотнения зацепляющиеся лапки 14, 15 и кромки фланца

5 и секции 16 соединяются соответствующей контактной сваркой.

Во время закрывания устройства верхним электродом устранена опасность повреждения полупроводниковой пластины 1 и хрупкого управляющего вывода 19.

После сварки полупроводниковая пластина 1 прочно устанавливается в требуемом месте относительно поверхностей обоих электродов независимо от смещения последних под действием сжатия или растяжения. Это предупреждает случайное движение или вращение пластины 1 относительно электродов 2 и 3 и кольца 8, которые могут вызывать случайную поломку управляющего вывода 19 или другое соответствующее повреждение.

Фланец 5 может быть выполнен в виде сравнительно плоского металлического элемента. При необходимости, фланец 5 может иметь форму, изображенную на фиг. 2. К верхнему электроду 2 (фиг. 2) прикреплен в качестве фланца 5 тонкий, обращенный вниз, тарельчатый элемент с изогнутостью

20 ближе к точке, где он крепится с верхним электродом 2. Эта конфигурация придает большую гибкость фланцу по сравнению с фланцем 5(фиг. 1). Область 21 фланца все еще сравнительно плоская и лежит в дискоообразной плоскости, так что он может быть установлен заподлицо с фланцем 9 кольца 8.

На фиг. 3 показан другой вариант конструкции фланца 9 кольца 8. Флане

9 снабжен глубоким тарельчатым изгибом 22, который сообщает этому фланцу большую упругость по сравнению с фланцем 9(фиг. 1). При желании любая конструкция фланцев(фиг. 2 и

3)может быть использована одна с дру гой или взаимодействующими с фланцами 5 и 9 (фиг,1).

Гибкое изоляционное кольцо 17 может быть модифицировано для исполь зования в соединении с кремниевой полупроводниковой пластиной I c несиммметричной конфигурацией катоца и периферийными усилительными ,электродами. Для этой цели центральное отверстие в кольце 17 будет

5 845810 стенки кольца 17 выбран немного большим,чем внутренний диаметр кдльца 8,с тем чтобы можно было с силой устанавливать кольцо 17 в кольцо 8 . В основании кольца 17 выполнен паз 18, через который может проходить управляющий вывод 19. Кроме того, по наружной поверхности кольца 17. имеются канавки (фиг. 4), облегчающие сжатие кольца .при монтаже полупроводниковой пластины между электродами. Канавки на кольце 17 также позволяют устранять неравномерности в размерах устройства, обеспечивая зазор для кольца при повышенных температурах без создания вертикальной деформации и обеспечивая условия для равномерного внутрен-. него давления газа в устройстве при всех температурах.

Во время сборки устройства сначала 2О в кольцо 17 устанавливается полупроводниковая пластина 1. Внутренний диаметр отверстия в кольце 17 имеет такой контур для установки верхнего электрода 2, чтобы последний мог необходимым образом зацепляться с верхней поверхностью пластины 1. Затем пластину 1 и кольцо 17 вдавливают в изолирующее кольцо 8 до тех пор, пока нижняя поверхность пластины 1 не Зо придет в хороший контакт с верхней поверхностью электрода 3. Тогда пластина безопасно удерживается внутри чаши, образованной нижним электродом

3, окружающим изоляционным кольцом з5

8 и нижним фланцем 7. При этом благодаря упругости гибкого кольца 17 устраняется опаность повреждения пластины I вследствие сотрясений и ударов во время сборки. Управляю- 40 щий вывод 19, который является очень хрупким элементом, может быть припаян к проводящей трубке 11 с помощью полосы 13 на кольце 8, т.е. соединение управляющего вывода пластины с 45 управляющим выводом корпуса осуществлено после того, как элементы, которые должны быть соединены, надлежащим образом и окончательно сведены вместе.

Затем верхний электрод устанавливается в положение, в,которое он направлен по центру с помощью отверстия в теле 17, при этом электроды 2

55 и 3 автоматически центрируются относительно друг друга посадкой фланца 5 в обращенные вверх лапки 14 и

l5 фланца, припаянного к кольцу 8,и, 5810 8

7 84 иметь несимметричный контур, соответствующий несимметричной конфигурации катодного контакта и верхнего электрода 2, предназначенного контактировать с катодным контактом полупроводниковой пластины. Кольцо

17 имеет выемки 23 по его периферии, обеспе чвающие плотную пригонку кольца по внутреннему диаметру керамического изоляционного кольца 8(фиг.4).

Возможны варианты выполнения устройства(фиг.5), в которых нижняя часть устройства идентична такому же узлу в варианте, представленном на фиг. 1. Однако фланец 9,кольца 8 для повышения его упругости имеет видоизменную конфигурацию и перед окончательной сборкой устройства к фланцу 9 крепится управляющий вывод !

9.

Верхний электрод 2 имеет также измененную конфигурацию фланца 5, содержащего верхнюю часть 24, нижнюю — 25, которые отделены друг от друга керамическим диском 26. Керамический диск,26 должен изолировать о нижний фланец 9, который соединен с управляющим выводом 19, от верхнего катодного электрода 2.

Когда нижняя часть 25 фланца соединяется с фланцем 9, между радиальными внутренними областями фланцев формируется открытый зазор, так что площадь сцепления, по которой управляющий вывод 19 соединяется с нижним фланцем 9, является спокойной. Кроме того, изогнутая форма фланца 9 улучшает его гибкость, обеспечивая таким образом лучшее аксиальное перемещение электродов 2 и 3 под действием сил сжатия.Модифицированная фланцевая конфигурация, показанная на фиг. 5, может быть введена в варианты изображения, показанных на фиг. 1. Устройство, пока занное на фиг. 5, может включать конфйгурацию полупроводниковой пластины и установленного кольца, приведенного на фиг. 1.

Упрощение монтажа и повышение надежности в устройстве, достигается

>0

50 благодаря возможности установки полупроводниковой пластины без ее повреждения, а такде без возможности повреждения хрупкого управляющего электрода.

Формула изобретения

1. Полупроводниковое устройство, содержащее полупроводниковую пластину, зажатую между анодным и катодным элект. родами, снабженными кольцевыми фланцами, и изоляционное кольцо, окру-. жающее полупроводниковую пластину и части электродов и имеющее с одной стороны кольцевой фланец, соединенный с кольцевым фланцем одного из электродов и снабженный средством для их центровки относительно друг друга, а с другой стороны соединенное с кольцевым фланцем другого элект. рода, при этом между изоляционным кольцом и полупроводниковой пластиной расположено выполненное из упругого гибкого изоляционного материала куполообразное тело, в котором установлена, по крайней мере, примыкающая к полу1;роводниковой пластине часть одного из электродов, о т л ич а .ю щ е е с я тем, что, с целью упрощения монтажа и повышения надежности, средство для центровки выполнено в виде трех смещенных по окружности и изогнутых вверх лапок.

2. Полупроводниковое устройство по и. 1, в изоляционном кольце которого выполнен управляющий вывод корпуса, соединенный с управляющим выводом полупроводниковой пластины, о т л ич а ю щ е е с я тем, что куполообразное тело имеет паз, через который пропущен управляющий вывод полупроводниковой пластины.

Полупроводниковое устройство по п, 1-2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что куполообразное тело со стороны изоляционного кольца снабжено выемками

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США У 3499095, кл. 174-52, опублик ° 1968.

2. Патент США N - 3599057, кл. 317-234, опублик. 1971(прототип), 845810

Составитель А. Прохорова

Редактор О. Филиппова Техред Н„ Бабурка

Корректор Л. Иван

Заказ 4548/1б Тираж 784

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4