Полупроводниковый прибор

 

(19)RU(11)713426(13)C(51)  МПК ⁶    _H01L23/02Статус: по данным на 17.12.2012 - прекратил действиеПошлина:

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР

Изобретение относится к области силовых полупроводниковых приборов, в частности, к конструкциям штыревых приборов с прижимными контактами. Известны штыревые полупроводниковые приборы с прижимными контактами, которые содержат электрод-основание, полупроводниковый выпрямительный элемент, изолятор верхнего вывода и прижимную систему, состоящую из пружин, шайб и стакана, фиксирующего сжатые пружины. В таких полупроводниковых приборах для изоляции прижимной системы от верхнего вывода установлены изоляционные детали, например шайбы из слюды, имеющие спаи металла со стеклом, которые имеют низкие электроизоляционные свойства и требуют наличия добавочных деталей из материалов с коэффициентами линейного расширения, соответствующими коэффициентам линейного расширения стекла, высоколегированных и дорогостоящих, что значительно усложняет конструкцию. Наиболее близким техническим решением является полупроводниковый прибор штыревого типа с прижимными контактами, содержащий выпрямительный элемент, расположенный в корпусе, состоящем из изолятора верхнего вывода и соединенного с основанием цилиндрического стакана, выполненного с буртиком, который посредством прижимной системы прижат к основанию, являющемуся нижним выводом. В известном приборе изолятор верхнего вывода имеет такую конструкцию, что при отвердении эпоксидного компаунда, который помещен в цилиндрическую деталь с отверстием для верхнего вывода, может произойти нарушение герметичности прибора, что приводит к недостаточной надежности прибора. Целью изобретения является повышение надежности. Цель достигается тем, что изолятор верхнего вывода в нижней части имеет выступ, между внешней поверхностью которого и внутренней поверхностью верхней части стакана, выполненного из металла, размещен пластический уплотнитель, а внутренняя поверхность выступа изолятора контактирует с прижимной системой, при этом к верхней части изолятора герметично присоединен металлический колпачок, соединенный с верхним выводом. Цель достигается также тем, что металлический колпачок выполнен гофрированным. Изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 схематично изображен неразборный вариант полупроводникового прибора с управляющим выводом; на фиг. 2 другой вариант прибора, в котором соединение между основанием, которым служит радиатор, и стаканом корпуса выполнено разборным. Полупроводниковый прибор содержит основание 1, прикрепленные к нему центрирующее кольцо 2 и цилиндрический стакан 3, на основании 1 расположен выпрямительный элемент 4, на котором размещена металлическая шайба 5. Со стаканом 3 соединен изолятор верхнего вывода 6, выполненный из механически прочного материала, например, электротехнической керамики. Через изолятор 6 проходит управляющий вывод 7. Изолятор 6 выполнен с выступом 8, между которым и буртиком стакана размещен уплотнитель 9, выполненный из пластичного материала, например, меди, алюминия. Между внутренней поверхностью выступа изолятора и прижимной системой, состоящей из шайбы 10 и пакета тарельчатых пружин 11, может быть размещен дополнительный уплотнитель 12. Верхний вывод 13 проходит и соединяется с внешним выводом 14. В верхнем выводе может быть в случае необходимости размещен управляющий вывод 7, для которого в верхнем выводе предусмотрен магистральный канал 15 и боковые каналы 16, число которых соответствует количеству управляющих выводов. Для диодного исполнения каналы не обязательны. Управляющие выводы расположены в армированных в изоляторе выводных контактах 17. Крепление стакана 3 к основанию 1 может быть выполнено сваркой, пайкой, завальцовкой, при этом может быть использовано эластичное герметизирующее кольцо 18, например, из фторопласта. Изолятор 6 соединен с колпачком 19, на котором могут быть выполнены гофры, позволяющие компенсировать температурные колебания размеров и неточности изготовления деталей прибора. В случае изготовления прибора без мягкого внешнего вывода 14 или при повышенных требованиях к ударной стойкости прибора верхний вывод 13 может быть изготовлен с мягким внутренним выводом 20. Для улучшения герметизации на внутренней стороне буртика стакана 3 могут быть выполнены канавки 21. Конструкция прибора позволяет выполнять его в разборном варианте, причем помещать выпрямительный элемент непосредственно на радиатор 22, а не на основание прибора. Это приводит к уменьшению тепловых переходных сопротивлений и улучшению отвода тепла в приборе, что позволяет увеличить мощность прибора. Уплотнитель 23 служит для герметизации соединения стакана 3 и радиатора 22. Кольцо 24 посредством крепежа 25, равномерно расположенного по окружности кольца, служит для фиксации герметизированного соединения "стакан-радиатор". Конструкцию прибора можно использовать для мощных приборов с диаметром полупроводникового выпрямительного элемента до 150 мм и более. Сборка прибора производится следующим образом. В верхней вывод 13 монтируют управляющий контакт, управляющие выводы 7, надевают металлическую шайбу 10 и уплотнитель, выполненный в виде манжеты 9. Концы управляющих выводов проводят через выводные контакты 17 в изоляторе, который затем надевают на верхний вывод 13 с собранными на нем деталями. Управляющие выводы 7 фиксируют в изоляторе, например, чеканкой, пайкой и т.д. и производят при необходимости прокол отверстий в них. На выступ изолятора 8 надевают деформируемый уплотнитель 9 и стакан 3. При необходимости выступ изолятора 8 и буртик стакана 3 или уплотнитель 9 могут быть покрыты электроизоляционным лаком с целью предохранения деталей от холодной сварки. Указанные собранные детали накладывают на выпрямительный элемент 4, который предварительно собирают с основанием 1 и кольцом 2. Затем производят герметизацию прибора. Под действием прикладываемой силы "Р" создается надежный контакт на полупроводниковом выпрямительном элементе 4. Величина силы "Р" зависит от площади выпрямительного элемента 4 и подбирается из учета удельного давления 80-120 кгс/см² на выпрямительный элемент. При сборке сила "Р" прикладывается к стакану 3. Действие ее передается от стакана 3, через деформируемый уплотнитель 9, выступ изолятора 8, манжету 12, шайбу 10 пружины 11 и шайбу 5 верхнего вывода 13 и выпрямительному элементу 4. В сжатом загерметизированном состоянии производят крепление к основанию 1. Сила "Р" сжатых пружин в приборе одновременно действует на уплотнитель 9, подвергающийся деформации. Материал уплотнителей может быть как изоляционным, так и из мягких металлов, например, меди, алюминия, и подбирается в зависимости от силы "Р" и ширины деформируемой части уплотнителей. Сила "Р" при герметизации берется на 10-15% больше необходимой для создания надежного контакта с тем, чтобы компенсировать длительную усадку пружин 11. Ширину деформированной части при наличии герметизирующих канавок 21 рассчитывают с их учетом. При герметизации в экстремальных условиях, т.е. при воздействии силы "Р" и температуры, равной температуре работающего прибора, материал уплотнителей деформируется, заполняя часть герметизирующих канавок 21 и увеличивая действительную площадь опоры в герметизируемом соединении. После чего деформация прекращается. Такая герметизация при металлических уплотнителях выдерживает глубокий вакуум при температуре от -196^оС до +400^оС. В разборном варианте прибора сила "Р", действующая также на уплотнитель 9, частично на уплотнитель 23 и стакан 3, равна сумме сил, действующих на крепеж 25. От нее зависит количество точек крепления и диаметр крепежных деталей. В приборе, согласно настоящему изобретению, изолятор верхнего вывода может быть изготовлен из керамики, стеатита, электротехнического фарфора и т. п. предел прочности на сжатие которых от 50-300 кгс/мм². Детали: стакан 3, шайбы 5 и 10 изготавливают из конструкционных марок сталей. Толщину стенок буртика стакана и других деталей определяют по известным формулам сопромата. Предел прочности деформируемых уплотнителей и манжеты должен быть ниже чем у деталей, сжимающих их. Например, у мягкой меди и алюминия предел текучести равен от 3-20 кгс/мм². Следовательно, если материал изолятора имеет предел прочности 250 кгс/мм², а сталь стакана 45 кгс/см², то уплотнитель подвергается деформации, а изолятор и стакан будут иметь достаточный запас прочности. Тарельчатые пружины могут быть подобраны стандартных размеров. При восстановлении деталей из брака большая часть деталей может снова пойти в производство, например, в неразобранном варианте прибора заменяются основание, уплотнитель, стакан и выпрямительный элемент. В разборном варианте прибора заменяются уплотнители и выпрямительный элемент. В разборном варианте прибора возможно применение уплотнителей из различных материалов, например уплотнитель изолятора из мягкой меди, а уплотнитель стакана и основания радиатора из эластичного материала, так как на него будет действовать меньшее усилие, чем на медный. Прибор обладает повышенной надежностью по сравнению с известной конструкцией, поскольку обеспечена надежная герметизация, выдерживающая при металлических уплотнителях глубокий вакуум при температуре от -196^оС до +400^оС.

Формула изобретения

1. ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР штыревого типа с прижимными контактами, содержащий выпрямительный элемент, расположенный в корпусе, состоящем из изолятора верхнего вывода и соединенного с основанием цилиндрического стакана, выполненного с буртиком, которым посредством прижимной системы выпрямительный элемент прижат к основанию, являющемуся нижним выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности, изолятор верхнего вывода в нижней части имеет выступ, между внешней поверхностью которого и внутренней поверхностью верхней части стакана, выполненного из металла, размещен пластический уплотнитель, а внутренняя поверхность выступа изолятора контактирует с прижимной системой, при этом к верхней части изолятора герметично присоединен металлический колпачок, соединенный с верхним выводом. 2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что металлический колпачок выполнен гофрированным.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2