Способ герметизации высоковольтных полупроводниковых приборов с аксиальным расположением выводов

 

Сущность способа: использовано принудительное сжатие кассеты с арматурой приборов эластичным ободом, имеющим определенную геометрическую конфигурацию . 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 3 табл.

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5!)5 Н 01 1 23/28

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ЬЭ

0с

Ql

V (21) 4930544/21 (22) 22.04.91 (46) 30.06.93. Бюл. М 24 (71) Производственное объединение "Фотон" (72) О.М.Шмиткин, Д.Л.Лившиц, А.Б.Ким, И.P.Àëüòìàí и Ф..Б.Сэттаров (56) Авторское свидетельство СССР

hk 1556469, кл. Н 01 L 23/29, 1989.

Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов. M.: Высшая школа, 1974, с.298.

Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов. M.: Высшая школа, 1974, с.301.

Изобретение относится к области полупроводникового приборостроения и может быть использовано для изготовления приборов с аксиальным расположением выводов, в частности высоковольтных столбов малой, средней и большой мощности.

Цель изобретения — получение заданных размеров корпуса за счет уменьшения вытекания компаунда при повышенной температуре через вертикальные боковыв прорези.

Для использования кассет из полиэтилена нужно решать следующее техническое противоречие: с одной стороны, в кассете должны быть боковые прорези, с другой— полиэтилен не обладает эластичностью силиконовой резины и ее смачиваемостью, в связи с чем при повышенных температурах (70 — 80 С) из-за разжижения компаунда в первые моменты pолимеризации происходит его вытекание через боковые прорези.

Вытекание усугубляется еще и тем, что кэс50 1824657 А1 (54) СПОСОБ ГЕРМЕТИЗАЦИИ ВЫСОКОВОЛЬТНЫХ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ПРИБОРОВ С АКСИАЛЬНЫМ РАСПОЛОЖЕНИЕМ ВЫВОДОВ (57) Сущность способа: использовано принудительное сжатие кассеты с арматурой приборов эластичным ободом, имеющим определенную геометрическую конфигурацию. 1 з.п.ф-лы, 1 ил., 3 табл. сеты претерпевают изгиб из-за внутренних напряжений, возникающих при отливке под давлением. Этот изгиб приводит к значительному расширению боковых прорезей.

ПротИворвчив решается путем сжатия определенным образом кассеты эластичным ободом. опоясывающим кассету.

Сущность технического решения заключается в том, что сжимающий эластичный обод имеет вдоль боковой стенки кассеты трапециевидную форму, реализуемую его зацеплением за выступающие выводы арматур, помещенные в ячейки. Вследствие такой формы обода периферийные части кассеты при повышенной температуре испытывают сжатие вдоль продольной оси и одновременно прижимаются к основанию плоского поддона, ма котором сушатся в печи. Центральная часть кассеты испытывает при этом продольное сжимающее усилие.

Вышеуказанная форма эластичного обода обеспечивает в процессе сушки сжатие бо1824657 ковых прорезей, что препятствует вытеканию компаунда в процессе заливки и полимериэации и позволяет тем самым реализовать поставленную цель.

Пример. Полупроводниковые столбы

КЦ103, КЦ106, КЦ117, КЦ118 — высоковольтные приборы с аксиальным расположением выводов диаметром 0,6 мм. Корпус приборов, например, КЦ106 имеет форму прямоугольного параллелепипеда с габаритными размерами 6,2х7х22 мм, Корпус формируется из эпоксидного компаунда—

ЭКМ вЂ” заливной в формы из силиконовой резины. Процесс отливки форм производится в металлических изложницах, производство сопровождается выделением химически вредных веществ.

В качестве альтернативного варианта была опробована герметизация высоковольтных столбов в кассетах иэ полиэтилена высокого давления. Кассеты изготавливались на термопластавтомате Д вЂ” 3328 при удельных давлениях до 1400 ктс/см и г температурах пластикации полиэтилена в

140-150 С. Сам материал — полиэтилен не смачивается ЭКМ, однако выгрузка корпусов прямоугольной формы иэ ячеек кассеты затруднена.

На чертеже показана кассета, используемая для герметизации, где показаны: вертикальная боковая прорезь 1, кассета 2 иэ полиэтилена, эластичный обод 3, прибор 4, вертикальный паз 5. Стенки кассеты выполнены достаточно тонкими — 1,5 мь1 для облегчения загрузки арматур и выгрузки приборов. Арматура столба — это спаянные между собой диоды с внешними аксиальными выводами.

Загрузка арматур в ячейки кассеты осуществляется с помощью прорезей в боковых стенках. Наличие этих прорезей облегчает процессы загрузки-выгрузки.

Прорезь с минимальным зазором формируют следующим образом. Сначала высверливают через кондуктор отверстия диаметром

0,6 мм в боковых стенках, затем разрезают боковую стенку от верха ячейки до отверстия лезвием. Изгибая кассету эа края в специальном приспособлении, вставляют в ячейки арматуры, а выводы — через боковые . прорези в отверстия, после чего шприцем осуществляют заливку ЭКМ в ячейки кассеты. Сушат компаунд в кассетах при Т - 7080 С в течение 2 ч, после чего приборы извлекают иэ ячеек и досушивают при

Т - 160 С в течение 12 ч. Эпоксидный компаунд при Т вЂ” 70-80ОС в начале полимериэации сильно раэжижается. Например, если при Т - 30 С его вязкость равна 130 — 150 с, то при 80 С через 10 с прогрева она падает до 37 — 45 с, По этой причине изгибы кассеты, деформации ее за счет внутренних напря° жений, несоответствие размеров вывода и отверстий, т,е. все, что приводит к расширению прорезей в боковых стенках, способствует вытеканию компаунда при повышенной температуре.

В табл.1 представлены результаты герметизации по 5 кассетам, в каждой иэ которых размещены по 14 ячеек. Процесс осуществлен в едином технологическом цикле без специальных мер, предотвращающих вытекание компаунда. Высоту ячейки

h изменяли в пределах 5-12 мм. Представ15 ленные в табл.1 результаты соответствуют п=7 мм, Результаты табл,1 показывают: наибольшим деформациям подвержены периферийные ячейки кассеты; отсутствует

20 закономерность в поведении центральных ячеек. По-видимому, что обусловлено влиянием остаточных деформаций, возникающих иэ-за неоднородностей исходного материала и разброса режимов (P и T) формовки. Для одной и той же кассеты в пределах 4-6 эаливок вышеуказанное поведение хорошо воспроизводится, Для исключения вытекания компаунда через боковые вертикальные прорези нами были опробованы

30 следующие методы: зажим кассеты в струбцину с одновременным ее прижимом по краям и в центре к плоскому поддону печи; принудительный изгиб кассеты эа счет прижима ее к сферически вогнутой поверхности

35 поддона(0,25 м "= R r ga = 0,5 мм); стягивание кассеты эластичным ободом после загрузки арматур. В табл.2 представлены результаты герметизации по 1 и 2 способам.

Данные табл,2 — способ 1 — указывают

40 на отсутствие какой-либо закономерности в поведении ячеек при их горизонтальном сдавливании, что обусловлено структурными неоднородностями кассет, разбросом свойств компаунда. Общая же тенденция

45 очевидна: сдавливание кассет с помощью струбцины не устраняет вытекание через прорези в центральной части кассеты. В способе 2 герметизации rûáîð радиуса искривления поддона обусловлен тем, что, 50 начиная с и < 0,5 м, компаунд не вытекает через боковые прорези. а при R < 0,25 м в центральной части кассеты (преимущественно) происходит перетекание компаунда между ячейками и образование скошенных верхних граней иэ-за большой деформации ячеек. Таким образом. искривление поверхности кассеты, устраняя один вид брака— вытекание, приводит к возникновению другого- нарушению формы.

1824657

Указанные методы 1 и 2 не решают поставленной задачи, однако полученные результаты позволяют сформулировать следующие требования: периферийные и центральные ячейки должны быть сжаты вдоль -продольной оси кассеты, центральная часть должна иметь радиус изгиба R > 0,5 м. Эти требования реализуются в способе герметизации 3, в котором кассету после загрузки в нее арматур обжимают эластичным ободом из резины. Преимущество этого метода перед предыдущим состоит в том, что, располагая обод различным образом вдоль боковой стенки, можно регулировать степень деформации в различных областях кассеты. Для опробования способа на торцовых стенках кассеты был изготовлен вертикальный паз для зацепления обода на различной высоте относительно дна. Регулирование формы обода вдоль боковой стенки осуществлялось путем различного его зацепления за выступающие выводы арматур. Во всех случ" ÿõ обод прилегал по всей боковой стенке кассеты непосредственно к полиэтилену, Варьируя высотой Оасположения обода по торцовым

c зенкам кассеты и различным видам зацспления эа выводы — количес гво выводов с в зу обода и поверх него — удалось

Оптимизировать форму обода вдоль боковой стенки с учетом разброса механических свойств кассет и исхОднОЙ их дли! <ы для получения наибольшего выхода год.<ых приборов по габаритным размерам. Нами были опробованы кассеты на 9,14 и 22 ячсйкн. Р> табл.3 представлены результаты Опробования вдоль боковой стенки кассеты для 1рех вышеуказанных размеров полиэтиленовых кассет и 5 мм < h > 12 мм. Силу сжатия обода изменяли в предслах 450 г P a

800 г. Меньшие усилия оказывались недостаточными, чтобы нивелировать разброс в свойствах кассет, а большие приводили к значительным изменениям габаритных раэмероч при любых формах обода, Данные табл.3 показывают, что оптимальным вариантом является трапециевидная форма обода вдоль G<.êîBoé стенки кассеты, причем боковые ребра трапеции должны располагаться над выводами арматур, а центральная часть обода — около 1/3 длины кассеты — должна располагаться под выводами, Полученная закономерность соответствует расположению обода на торцо5

15 !

55 вой стенкЕ в ее верхней части, На Основе опытов установлено, что Общим свойством. независимо от размеров кассет, является прохождение обода у периферийных ячеек поверх выводов арматур. В противном случае при 1 cy««

Оор<иу <а изобретения

1, Способ герметизации выСоковольтных полупроводниковых приборов с аксиальным расположением выводов, включающий загрузку арматур приборов в ячейки кассеты и заливку эпоксидным компаундом, отличающийся тем, что, с целью повышения выхода годных эа счет уменьшения вытекания компаунда в зазор между боковыми прорезями кассеты и выводами, кассету, выполненную из полиэтилена высокого давления, сжимают в направлении ее продольной оси с помощью эластичного обода, располагая обод так, чтобы он имел трапециевидную форму на обеих боковых стенках кассеты, причем боковые ребра трапе ии располагают над выводами герметизируемых арматур, а основание трапеции расползгают под выводами.

2. Способпоп.1,отличающийся тем, что длину основания трапеции выбираают равной 1/3 длины кассеты.

1824657

Таблица 1

И кас ты

10 11 12 13 14

+ +

+ +

+ + +

+ +

+ +

+ ю + вв +

° в

+ + + вв

+ - брак по габаритам корпуса из"за вытекания компаунда;

- - годный прибор.

Таблица 2 (способ 1) евв» юевв»»вв»ееееввеееювввв»в»в»ввве»ввв

tF касЯчейка

I "1 "I "1

1 . - - + - - + + о

2 о - о + + о

Кассета

Кассета

Таблица 2 (способ 2) Ячейка.

Т1

11 касЮеты

ВФ юю о + о - +

О вв

» о

Ч V

3 о о

Ч v о ч

Кассета 1 - R 0,75 м, кассета 2 - R 0,5 м, кассета 3 - R 0,3 м о - конус поперечника корпуса 5 за счет деформации формы ячейки, - - годный прибор, - нарушение грани (скос), + - вытекание компаунда через боковые прорези.

2

4

Ячейка (51 61 7) Э. кгс

1 - сйаФие с усилием 0 7---смз кгс

2 - сжатие с усилием 2,----см

1824657

1 !

1 !

1 +

+ б

1 ) о

1 I

1 О

1 l

+ 1

1 I

I I

I 1

) I

1 !

1 +

1 +

1 I

I +

+ о +

+! I

1 1 (1

1 1

+ 1

1 I

+ 1

+ 1

C) .и

1Ч

1 I о +

+ > 1 + (I

I 1

+ !

I . +

1 л-+ +! 1

) !

1 о

Ф ь

Cl

Q X

) z

Ю CU с

+ (+ 1

+! +

I +

+ о

1 1

+ +

1 1

I 1

1 1

1 I

I 1

1 1

1 l! 1

l I

tf о с

Ь л

Фзл х х мRu

1 с л)

CI)

X

1—1 о

CC)

C

I—! 1 ь х

X ? а о с

C1) 1 (u x о * сГ

Ф X

* о л с х сто а о с) 6) (ОЬ Ф

О Ф 0

К

X х

Ф с

CX о

Л)О

6) О

9

ID

К

° °

)с з с (с

C1t (Ч (О

t3.

% сг

О 1

CC: У

С3

°

313

C): Г

К

СЧ (4 О\ ь ба) J (.) 1 л (C!) Y

Ф

1 31(I

1 СЧ 1 I

1 — -1

1 CV 1

1 1

1 1

1 1 ! (7\ 1

1 - 1

1 I

1 — «-!

1 I

l CO

1 1

1 1

1 — 4

l 1

I Л 1

I - I

1 )

Г 1

1 %О 1

1 » I

1 1

1 3

1 1

)Л

I а —

1 I

1 — --- — 1

1 1

1 1 1 м

1 - 1

1 I

l l

) I

I (Ч 1

1 1» 1

3(=1 ! I

1 л I

1 °

I I

1 — —

О

1

1 1

1 С 1

I I

1 1 (! !

1 СО l

1 ) ! (1

1 л

t (f I

l l

1 1

1 о I

1 1

1- — --Л

1 1

)Л

1 1

1 1

Г 1 (I

1 Ф 1

3 1

Г 1

1 I м

1 1 ! 1

I I

1 1

I CV 1

1 1

1 1

1--!

1 1

1 I

1 1 (+ !

1 + + 1

+ + +

1 1 .() с i

Ф u cf

u t 2 о

X с1 с* о о ь лю

CZCtO

X

X и

Л б Х с)

eX ct! I 1

oau

ФФОУ

ФАС У

ЯФР

1 а

cog Ф хьюг л Ф е сС

X g Q X

uX o t и л

1 (1) 1

З *с О с3 с ттЕФО о.со*ьс с с Ф

13) б Ct X

-(- да а

)С О О<О Й

У

Cf 3 Cf.

f1t 1

CV СГЪ

1824657

Составитель В. Псаломщиков

Редактор С. Кулакова Техред М.Моргентал КоРРектоР H Гунько

Заказ 2227 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

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