Силовой полупроводниковый прибор

 

Изобретение относится к электротехнике , а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии. Сущность изобретения: с целью повышения нагрузочной способности и надежности силового полупроводникового прибора, охлаждаемого жидким диэлектриком, он имеет кремние2 вую пластину, содержащую один или не сколько p-n-переходов. Пластина размещена в герметичном корпусе и омывается проточным жидким диэлектриком. Анодная и катодная поверхности пластины имеют покрытие из мягкого эластичного материала с противоламинарными вертикальными наплывами , имеющего температуру плавления на 10-15°С выше, чем максимально допустимая температура р-п-перехода. Кремниевая пластина расположена между теллоотводами, оребренными штырьками квадратного сечения. Штырьки выполнены частично полыми, их полости заполнены жидким высокотеплопроводным металлом. На полой части штырьковимеются мембранные демпфирующие устройства. Штырьки теплоотводов расположены в шахматном порядке. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПЛТЕНТ СССР) СВИДАНКЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

K АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ . (21) 4934821/21 (22) 12.05.91 (46) 07.06.93. Бюл. )Ф 21 (71) Мордовский государственный университет им. Н.П.Огарева (72) В.M.Kýëèêàíoâ (56) Авторское свидетельство СССР

М 682971, кл. Н 01 L 23/48, 1929. (54) СИЛОВОЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЬ Й

ПРИБОР (57) Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобразовательной технике, и может быть использовано B статических преобразователях электрической энергии. Сущность изобретения: с целью повышения нагрузочнай способности и надежности силового полупроводникового прибора, охлаждаемого жидким диэлектриком. он имеет кремниеИзобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобра-зовательной технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии.

Целью изобретения является повышение нагрузочной способности и надежности силового полупроводникового прибора, охлаждаемого жидким диэлектриком.

Изобретение поясняется фиг.1, 2 и 3.

Силовой полупроводниковый прибор, охлаждаемый жидкич диэлектриком. имеет кремниевую пластину 1. содержащую один или несколько р-п-переходов. Пластина размещена н герметичном корпусе 2 и омывается проточным жидким диэлектриком 3. Ы,, 18 8493 Al

Кремниевая пластина расположена между теплоотводами, оребрен ными штырьками квадратного сечения. Штырьки выполнены частично полыми, их полости заполнены жидким высокотеплопроводным металлом, На полой части штырьков- имеются мембранные демпфирующие устройства. Штырьки теплоотводов расположены в шахматном порядке. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

Анодная и.катодная поверхности пластины имеют покрытие 4 из мягкого эластичного материала с противоламинарными верти- 1 кальными наплывами 5, имеющего температуру плавления на 10 — 15ОС выше, чем максимально допустимая температура р-иперехода. Кремниевая пластина расположе- ( на между теплоотводами 6, оребренными штырьками 7. квадратного сечения. Штырьки выполнены частично полыми. их полости заполнены жидким высокотеплопроводным металлом 8. На полой части штырьков имеются мембранные демпфирующие устрой. ства 9. Штырьки теплоотводов расположены в LLàõìàòíîì порядке.

Силовой полупроводниковый прибор работает следующим образом.

1820493 .

10

35

45

При прохождении силового электрического тока через полупроводниковый прибор в обьеме кремниевой пластины 1 выделяется мощность тепловых потерь, которая передается металлическим покрытиям со стороны анода и катода, и далее к штырькам 7 теплоотводов 6, которые омываются проточным жидким диэлектриком 3, например фреоном 113, протекающим внутри герметичного корпуса 2. Мощность тепловых потерь эффеМтивно отводится от поверхностей металлических покрытий-и поверхностей штырьков, которые (покрытия и штырьки) имеют температуру, близкую к температуре р-п-перехода, за счет конвективного теплообмена или теплообмена при кипении жидкого диэлектрика. Противоламинарные наплывы 5 на металлических покрытиях, шахматное расположение контактов штырьков с покрытиями, квадратное сечение штырьков также повышают эффективность охлаждения за счет турбулизации потока жидкого диэлектрика

: около охлаждаемых поверхностей металлических покрытий и штырьков. Силовой элек.трический ток подводится к полупроводникооой структуре через частично полые штырьки теплоотводов, заполненные жидким. металлом 8, например сплавом калия и натрия (25% Na+ 75% К), и металли.ческие покрытия кремниевой пластины со стороны анода и катода. Ток к металлическим покрытиям от штырьков подводится дискретно,. в местах контактов штырьков-с. поверхностью покрытий. Но далее ток растекается по толщине металлических покрытий и достигает кремниевой пластины практически равномерно по всей площади пластины, т.е. при этом отсутствуют локальные перегревы структуры. При работе кремниевая пластина нагревается, в ней . возникают термические напряжения, вызывающие изгиб пластины. Для исключения разрушения пластины металлические покрытия выполняются из материала с темпе ратурой плавления на 10 — 15ОС выше; чем максимально допустимая температура р-иперехода прибора, йап«ример йз индия для тиристоров и, сплава олово-свинец диодов.

При приближении температуры структуры к максимально допустимой материал покрытия размягчается (но не плавится) и не препятствует изгибу кремниевой пластины, Чтобы штырьки не препятствовали изгибу

- пластцны,"они-;имеВт мембранное демпфирующее уСтройство 9, которое сжимается или разжимается в зависимости от изгиба пластины, Жидкометаллическое высокотеплопроводное заполнение не препятствует сжиманию или разжиманию демпфирующих устройств, не нарушает теплопроводящих и злектропроводящих функций штырьков. Контактирование штырьков с металлическим покрытием пластины в шахматнсм порядке способствует наряду с наличием квадратного сечения штырьков и противоламинарных наплывов интенсификации Охлаждения за счет турбулизации потока жидкого диэлектрика.

Использование предлагаемого техниче ского решения по сравнению с известными: позволяет увеличить нагрузочную способность и надежность-силовых полупроводниковых приборов, охлаждаемых жидкими диэлектриками, за счет интенсификации теплоотвода и электроподвода.

Формула изобретения

1. Силовой полупроводниковый прибор, содержащий герметичный корпус, омываемый жидким диэлектриком, теплоотводы и кремниевую пластину с р-и-переходами и с анодной и катодной поверхностями, размещенную в герметичном корпусе, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью повышения

Надежности и расширения эксплуатацион30 ных возможностей путем увеличения нагрузочной способности, теплоотводы снабжены демпфирующими элементами в виде мембран и выполнены с частью полых штырьков квадратного поперечного сечения которые частично. заполнены жидким высокотеплоп роводн ым материалом, причем анодная и катодная поверхности кремниевой пластины покрыты слоем мягкого эластичного металла с вертикальными противоламинарными наплывами, кремниевая пластина расположена между теплоотводами со стороны их штырьков, а мембраны демпфирующих элементов установлены на полых штырьках теплоотводов.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что указанные выше штырьки располо, - жены с возмо>кностью контактирования со слоем покрытия анодной и катодных поверхностей кремниевой пластины в шахматном

50 порядке одни относительно других соответственно.

3. Прибор по п,1.отл ича ющи йся тем, что в качестве металла слоя покрытия кремниевой пластины использован металл с

55 температурой плавления- на 10-15ОC выше; чем максимально допустимая температура р-и-переходоо кремниевой пластины.. 1820493

Редактор

Заказ 2036 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Ялам

Р7

Составитель В. Кэликанов

Техред М.Моргентал Корректор Jt »aðïH4