Транзистор

 

5.ТРАНЗИСТОР, содержащий Nтранзисторш 1Х структур, установленных на теплоотводящей пластине, являющейся коллекторным электродом, при этом выводы структур соединены соответственно с пластинчатыми базовым и эмиттерным электродами, имеющи в внешние токосъемы, о г л и ч а ю и и А с я тем , что, с целью уменьшения индуктивности, базовый и эмкттерный электроды расположены в разных плоскостях, разделены изоляционными прокладка и в них выполнены отверстия , через которые проходят выводы транзисторных структур, при этом указанные электроды идентичны по форме и размерам коллекторному электроду. 2. Транзистор по П.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что эмиттерный этЕектрод расположен между коллектор-Чьм и базовым электродами. 3. Транзистор по пп. 1, 2,о т личающийся тем, что, с целью уменьшения теплового сопротивления при одновременном повышении - механической прочности, в него введена дополнительная теплопроводящая пластина, соединенная с основной пластиной стойками, расположенными по контуру транзистора и в отверстиях электродов и изоляционных прокладок . 4.Транзистор по пп. 1, 2, отличающийся retif что, с целью повышения К1Щ электродные пластины выполнены в форме прямоугольника , по длинным сторонам которого расположены внешние TOKoctefw, при этом, соотношение сторон электродов состав-j пяет от 1 до 3. 5.Транзистор по пп. 1-4, о т личающийся тем, что, с целью повышения надежности при работе транзистора в режиме переклкгчения, в базовую и змиттерную цепь каждой транзисторной структуры включен пред-) охранитель, а количество транзисторных структур N определено из условия: Б N i п f где п - функционально-необходимо количество структуру А - интенсивность отказов транзисторной структуры с учетом надежности соответствующих ; предохранителей , Т - ресурс работы транзистора Г - длина пластин. 6. Транзистор по пп. 1-5, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов к массы.

ф%е «6 н":" оня М Ц

СОЮЗ СОВЕТСНИ)(СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (29) (11) Ф ц) 4 Н 01 L 21/98

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К ABTGPCHOMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ ъТ

N n° - 3 где и

Т

В б, лич целью

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ. (21) 2663991/18-25 (22) 11.09.78 (46) 30.09.86. Бюл. М - 36

{71) Институт электродинамики АН УССР (72) Ю.И.Драбович, В.С.Маслобойщиков, Э.В.Демиденко, Г.Ф.Пазеев, Н.Н.Юрченко, И.Г.Пономарев, Н.С.Комаров, И.О.Слесаревский и Г.Д.Судилковский (53) 621.382(088.8) (56) В.А.Головацкий и др, Интегрально-гибридный импульсный стабилизатор постоянного напряжения. В сб.: Электронная техника в автоматике, под ред. Ю.И.Конева, N 6, Изд. "Сов. радио", М., 1974, с. 13-!8.

Патент ФРГ ))- 2203892, кл. Н 01 L 23/02, опублик. 1975. (54)(57)!.ТРАНЗИСТОР, содержащий Nтранзисторных структур, установленных на теплоотводящей пластине, являкщейся коллекторным электродом, при этом выводы структур соединены соответственно с пластинчатыми базовым и эмиттерным электродами, имеющими внешние токосъемы, о т л и ч а— ю шийся тем, что, с целью уменьшения индуктивности, базовый и .эмиттерный электроды расположены в разных плоскостях, разделены изоляционными прокладками и в них выполнены отверстия, через которые проходят выводы транзисторных структур, при этом указанные электроды идентичны по форме и размерам коллекторному электроду.

2. Транзистор по п.1, о т л и—

Ч а ю шийся тем, что эмиттерный электрод расположен между коллектор- ым и базовым электродами.

3 . Транзистор по пп. 1, 2,о т— л и ч а ю шийся тем, что, с

I целью уменьшения теплового сопротивления при одновременном повышении— механической прочности, в него введена дополнительная теплопроводящая пластина, соединенная с основной пластиной стойками, расположенными по контуру транзистора и в отверстиях электродов и изоляционных прокладок.

4. Транзистор по пп. 1, 2 ° о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения КПД электродные пластины выполнены в форме прямоугольни- ка, по длинным сторонам которого расположены внешние токосъемы, при этом соотношение сторон электродов состав-g ляет от 1 до 3.

5. Транзистор по пп. 1-4, о т— л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения надежности при работе транзистора в режиме переключения, в базовую и эмиттерную цепь каждой транзисторной структуры включен пред- . охранитель, а количество транзисторных структур N определено из условия: функционально-необходимое количество структур! интенсивность отказов транзисторной структуры с учетом надежности соответствующих ! «ф» предохранителей; ресурс работы транзистора; длина пластин.

Транзистор по пп. 1-5, о та ющий ся тем, что, с уменьшения габаритов и массы, 730213 на изоляционных прокладках выполне- тели выполнены в виде отрезков калибны изолированные от электродов токо- рованных проводников, соединяющих проводящие площадки, к которым При- указанные токопроводящие площад—

Соединены соответствующие выводы ки с соответствующими электрода.— транзисторных структур, а предохрани- ми.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов и может найти применение для бесконтактных коммутаций токов, в частности при создании транзисторных преобразователей постоянного напряжения, силовых бесконтактных реле и переключателей, регуляторов, стабилизаторов, усилителей.

Для увеличения допустимого тока транзистора его выполняют в виде ряда параллельно включенных транзисторных структур. Известен транзистор, выполненный на шести параллельно включенных транзисторных структурах. В нем транзисторные структуры размещены на общей теплоотводящей пластине, служащей коллекторным электродом транзистора, а базовые и эмиттерные электроды с токосъемами выполнены в виде отдельных шин, к которым подсоединены соответствующие выводы е каждой транзисторной структуры.

Такая конструкция обладает рядом существенных недостатков. Выполнение базовых и эмиттерных электродов в виде шин, разнесенных в пространстве, вносит в цепи транзистора паразитную индуктивность, которая тем больше, чем больше линейные размеры транзистора.

Кроме того, такое расположение шин, с последующей заливкой компаундом, создает неблагоприятные условия для охлаждения конструкции.

Практически, теплоотводящей поверхностью является только одна сторона коллекторного электрода, что обусловливает относительно высокое тепловое сопротивления транзистора и низкую нагрузочную способность.

Известен транзистор, содержащий

N-транзисторных структур, установленных на теплоотводящей пластине, являющейся коллекторным электродом, при этом выводы структур соединены с пластинчатыми базовым и эмиттерным электродами, соединенными с внешними токосъемами.

В этой конструкции базовые и эмиттерные выводы транзисторных структур соединены с соответствующими электродами транзистора проводниками с распределенными индуктивнос10 тями.

Электроды транзистора размещены на изоляционной теплоотводящей подложке и расположены в одной плоскости в непосредственной близости друг !

5 от друга. Для компенсации индуктивности проводников в цепь каждой транзисторной структуры введен конденсаторный элемент, включенный соответствующим образом между базовым и змит20 терным электродом.

Соединение выводов транзисторных структур с электродами транзистора в такой конструкции требует применения относительно длинных проводников,об? ладающих значительной индуктивностью.

Введение же конденсаторных элементов для ее компенсации эффективно только в диапазоне резонансных частот и вносит ряд технологических

30 усложнений.

Кроме того передача тепла от транзисторных структур в теплоотводящей . подложке осуществляется через промежуточную пластину, вносящую дополни тельное тепловое сопротивление и значительно ухудшающую.условия охлаждения.

Целью изобретения является уменьшение индуктивности.

40 Цель достигается тем, что базовый и эмиттерный электроды расположены в разных плоскостях, разделены изоляционными прокладками и в них выполнены отверстия через которые проходят выводы транзисторных струк, 7302 т

N n ° 1

40 тур, при этом указанные электроды идентичны по форме и размерам коллекторному электроду.

Цель достигается также тем, что эмиттерный электрод расположен между коллекторным и базовым электродом.

Еще одной целью изобретения является уменьшение теплового сопротивления при одновременном повыше- !О нии механической прочности.

Эта цель достигается тем, что в транзистор введена дополнительная теплоотводящая пластина, соединенная с основной стойками, расположенными по контуру транзистора и в отверстиях электродов и изоляционных прокладок.

Еще одной целью изобретения является повышение КПД.

Эта цель достигается тем, что электроды выполнены в форме прямоугольника, по длинным сторонам которого расположены внешние токосъемы, при этом соотношение сторон электродов составляет от 1 до 3. о

Еще одной целью изобретения является повышение надежности при работе транзистора в режиме переключе30 ния.

Эта цель достигается тем, что в базовую и эмиттерную цепь каждой транзисторной структуры включен предохранитель, а количество тран- З5 зисторных структур N, определено из условия где n — функционально необходимое количество структур;

Я - интенсивность отказ.ов транзисторной структуры соответ.ствуяцих предохранителей 45

Т - ресурс работы .транзистора.

Кроме того, целью изобретения является уменьшение габаритов и веса.

Эта цель достигается тем, что на изоляционных прокладках выполне- 50 ны изолированные от электродов токопроводящие площадки, к которым присоединены соответствующие выводы транзисторных структур, а предохранители выполнены в виде отрезков 55 калиброванных проводников, соединяющих указанные токопроводящие площад. ки с соответствукицими электродами.

13 ф

На фиг. 1 прецставлен общий вид одной из возможных конструкций транзистора; на фиг. 2 — вид транзистора со стороны токосъемов, на фиг. 3 — разрез транзистора по А-А на фиг.1, на фиг. 4 — график, показывающий относительную длину монтажных линий от отношения сторон прямоугольника и места расположения токосъемов.

Транзистор содержит теплоотводящую пластину 1, являющуюся коллекторным электродом и выполненную из электропроводящего материала, транзисторные структуры 2, токосъемы: коллекторный 3, эмиттерный 4, базовый 5, базовый и эмиттерный электроды 6 и 7, изоляционные прокладки 8 и 9 между ними. Транзисторные структуры 2 закреплены на теплоотводящей пластине 1 и назодятся с ней в тепловом контакте. Коллекторные выводы транзисторных структур 2 присоединены к теплоотводящей пластине 1.

Теплоотводящая пластина 1 и электроды 1, 6 и 7 присоединены соответственно к коллекторному 3, эмиттерному

4, базовому 5 токосъемам. В электродах 6 и 7 выполнены отверстия 10.

На изоляционных прокладках 8 и 9 соответственно в плоскостях электродов

6 и 7 размещены дополнительные токопроводнщие площадки 11. К этим площадкам прикреплены соответственно эмиттерные 12 и базовые 13 выводы транзисторных структур 2 и концы отрезков калиброванных проводников 14 и 15, служащих предохранителями, Другие концы отрезков калиброванных проводников подсоединены к соответствующим электродам 6 и 7. На плоскости теплоотводящей пластины выполнены жес гкие теплоотводящие стойки

16, проходящие через монтажные отверстия 1О в электродах 6 и 7, и по контуру теплоотводящей пластины 1 выполнены теплопроводящие ребра 17 жесткости. К стойкам 16 и ребрам 17 жесткости присоединена жестким теплопроводящим контактом дополнительная теплоотводящая пластина 18.

Уменьшение индуктивности в цепях транзистора достигнуто благодар» введению электродных пластин 6 и 7, образукицих с теплоотводящей коллекторной пластиной 1 многослойную структуру, в которой указанные пластины разделены изоляционными про5 7302 кладками 8 и 9. Поскольку в эмиттерной пластине 6 ток течет в противоположном направлении по отношению к току коллекторной пластины 1, то они образуют биффилярную линию, индуктив ность которой с достаточной для практики точностью определяется соотношением: (1) 10

25 где р, — магнитная проницаемость изоляционных прокладок, S — расстояние между пластинами;

h - -ширина пластин;. t5

1 — длина пластин.

Из соотношения (1) видно, что индуктивность становится тем меньше.

Ъ чем меньше длина пластин 0, и

S чем меньше отношение — .

Поскольку в таком транзисторе электродные пластины максимально приближены друг к другу, то такая конструкция обеспечивает минимальную индуктивность цепей транзистора.

Кроме того, наличие в электродных пластинах монтажных отверстий 10 позволяет соединять выводы 12, 13 транзисторных структур 2 с пластинами 6 и 7 кратчайшим путем, что также спо30 собствует уменьшению индуктивности цепей транзистора и упрощает технологию его сборки.

Применение электродных пластин, имеющих достаточно большую поверх35 ность охлаждения, позволяет значительно уменьшить тепловое сопротивление транзистора.

Дальнейшее уменьшение индуктив40 ности в цепях транзистора получено путем расположения электродных пластин в многослойной структуре в следующем порядке: коллекторная 1, эмиттерная 6, базовая 7 ° Поскольку в кол45 лекторной и базовой пластинах ток течет в противоположном направлении по отношению к току эмиттерной пластины, то такое расположение обеспечивает максимальное приближение пластин с взаимопротивоположным на50 правлением токов и, в силу указанных выше причин, их минимальную индуктивность, Введение токопроводящих площадок

11, расположенных на изоляционных

55 прокладках 8 и 9 в плоскостях базовой и эмиттерной электродных пластин и применение предохранителей (2) n = km где k 1 — коэффициент, определяющий отношение сторон прямоугольника.

Пусть токосъем, расположенный на одной иэ сторон прямоугольника, делит ее в отношении х:(km ) тогда общая длина (L) соединительных проводов на плоскости.

Ке-х м

= m > — (2i-1)+ m ) -(2j-1) +

2 2

14 и 15 в виде калиброванных проводников, приводит к увеличению плотности монтажа и уменьшению массо-габаритных показателей транзистора.

Введение теплопроводящих стоек

16, расположенных в нескольких местах на теплоотводящей коллекторной пластине 1, ребер 17 жесткости и дополнительной теплоотводящей пластины 18, закрывающей конструкцию, значительно расширяет поверхность охлаждения транзистора. его тепловое сопротивление уменьшается, а нагрузочная способность растет. Изготовление перечисленных деталей из соответствующего металла, надежно гарантирует транзистор от воздействия внешних электромагнитных полей.

При изготовлении транзистора важным фактором является длина коммуникационных линий монтажа, связывающих выводы транзисторных структур с токосъемами. Длина линий зависит от конфигурации конструкции и от расположения в ней токосьема. Уменьшение длины ведет к уменьшению индуктивности рассеяния и дополнительных потерь мощности.

Для наиболее распространенной конфигурации прямоугольной формы, на ко" торой размещены п элементов, каждый элемент занимает на такой плоскости квадратную форму со стороной а, и электроды ее соединены с токосьемами,монтажными проводниками разной длины в зависимости от его положения на плоскости. Прч этом проводники проходят параллельно сторонам прямоугольника, а токосъемы расположены на одной из сторон. Плотность тока в проводниках одинакова.

Если на одной из сторон прямоугольника размещается h элементов, а на другой km, то количество транзисторов на плоскости будет

730213 8 ную величину количество функционально необходимых структур. В этом случае при пробоях отдельных структур предохранители обеспечивают их отключение. Следовательно, отказ избыточного количества структур не приведет к отказу транзистора в целом.

Избыточное количество структур, обеспечивающее повышение надежности

10 при увеличении числа структур, опре-. делено из закона больших чисел, в соответствии с которым при достаточно большом количестве структур можно записать

2x (xnan-ïú1ñ)j (3) m -М

1-1

n+m Р

km х =

k=2, (k+1) 4п + гх(хоп-Ю) ьм kn 30 а

График (см. фиг. 4) построен по уравнению (6), который показывает зависимость относительйьй длины монтажных линий от отношения сторон пря-35 моугольника и места расположения токосъемов. Из графика следует, что наилучшим местом расположения токосъема является середина длинной стороны, (кривая х = 0,5 km). Кроме 40 того, учитывая характер указанной зависимости при x = 0,5 km, а также принимая во внимание конструктивные соображения и .удобство применения транзистора прямоугольной формы, .от- 45 ношение его сторон необходимо выбирать в пределах от 1 до 3. Это позволяет значительно сократить длину монтажных линий и, следовательно, уменьшить потери В цепях транэисто- 50 ра и повысить КПД.

Повышение надежности в данной конструкции достигается благодаря включению предохранителей в цепи базовьм и эмиттерных выводов транзисторных структур и выбором количества структур, превышающего на определенm -з

1-1

n+m

М

m Ъ n(l -1) 7

+ km 7 -(2I-1) = —. "n - п(1с+1) +

2 г k-

Взяв частные производные по k и х и приравняв их к нулю, получим тах — = 2х — 4пй. = 0 (4) — = n(k-1)-гх2 = 0 (5)

Эт. д1с

Решая (4) и (5) с.учетом (2) относительно k и у, имеем т.е. минимальную длину монтажных линий будет иметь прямоугольник с отношением сторон 2, с расположением токосъема на середине длинной стороны.

Подставив эти значения в уравнение (3) и, взяв его отношение, имеем где m — число транзисторных структур, отказавших sa время с;

n — количество функцнонально необходимах структур;

m — избыточное количество структур 1

4 — интенсивность отказов транзисторной структуры с учетом надежности предохранителей. е

Если число отказавших структур m меньше числа избыточных транзисторных структур m то транзистор работает безотказно, а при условии

m > m, транзистор откажет; Для гра ничного случая, когда число отказавших транзисторных структур равно числу избыточных структур (m ш), имеем,Решив это выражение относителььo m, получим

m n(l -1) .

Поскольку это выражение получено для случая, когда число отказавших структур m равно числу избыточных структур m, то высокая надежность транзистора будет обеспечена при условии

Следовательно, общее количество транзисторных структур должно выбираться из условия К> n+m n+n(l

М

"1) = nl

73О21 л фна,У

dmin

Ю 1 8 Р 4

47И4.

Редактор Л. Письман Техред М. Ходанич Корректор Т. Колб

Заказ 5256/2 . Тирам 643 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 Москва Ж-35 Ра ская наб. . 4/5 э ... э В ym у д

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