SU845810A3 - Полупроводниковое устройство - Google Patents

Description

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-jq цевыми металлическими фланцами с электродами ГП·

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

Наиболее близким техническим решением является полупроводниковое устройство, содержащее полупроводниковую 20 пластину, зажатую между анодным и катодным электродами, снабженными кольцевыми фланцами, и изоляционное кольцо, окружающее полупроводниковую пластину и части электродов и имеющее

I >

одсред—

с. оер ^ггоцо щионплас2 с одной стороны кольцевой фланег соединенный с кольцевым фланцем > ного из электродов и снабженный · ством для их центровки относительно друг друга, а с другой стороны < диненное с кольцевым фланцем др электрода, при этом между изоля: ным кольцом и полупроводниковой тиной расположено выполненное иЬ упругого гибкого изоляционного материала куполообразное тело, в котором установлена, по крайней мере, примыкающая к полупроводниковой пластин г часть одного из электродов fiTJ.

Недостатком известного устро 4ства является сложность монтажа электродов и изоляционного кольца, поскольку во время сборки возможно перемещение электродов относительно друг друга и , повреждение полупроводниковой пластины или управляющего вывода, что нижает надежность устройства.

Целью изобретения эвляется упрощение монтажа и повышение надежности.

πο845810 4

Цель достигается тем, что в полупроводниковом устройстве, содержащем /полупроводниковую пластину, зажатую между анодным и катодным электродами, снабженными кольцевыми фланцами, и ₅ изоляционное кольцо, окружающее полупроводниковую пластину и части электродов и имеющее с одной стороны кольцевой фланец, соединенный с кольцевым фланцем одного из электродов и ю снабженный средством для их центровки относительно друг друга, а с другой стороны соединеннее с кольцевым фланцем другого электрода, при этом между изоляционным кольцом и полупро- 15 водниковой пластиной расположено выполненное из упругого гибкого изоляционного материала куполобразное тело, некотором 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 выем- 30 ками.

На фиг. 1 изображено устройство, поперечное сечение; на фиг. 2 верхний электрод со вторым вариантом выполнение фланца, поперечное 35 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- 40 устройство с. модифицированным гибким изоляционным кольцом, поперечное сечение,

Полупроводниковое устройство (фиг. 1) ⁴⁵ содержит полупроводниковую пластину 1, зажату^ 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.

Полупроводниковая пластина I 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, 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 1 1 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 лапками(на 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 относительно друг друга. Диаметр верхнего фланца 5 примерно равен диаметру, образованному кругом, который включает повернутые вверх лапки 14 и 15.

Устройство также содержит куполообразное тело 1l_fвыполненное из изоляционного, 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 установлена в кольцо 17 до сборки.Наружный диаметр стенки кольца 17 выбран немного большим, чем внутренний диаметр кбльца 8,с тем чтобы можно было с силой устанавливать кольцо 17 в кольцо 8. В основании кольца 17 выполнен паз 18, через ₅ который может проходить управляющий вывод 19. Кроме того, jio 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 15 вертикальной деформации и обеспечивая условия для равномерного внутреннего давления газа в устройстве при всех температурах.

Во время сборки устройства сначала 20 в кольцо 17 устанавливается полупроводниковая пластина 1. Внутренний диаметр отверстия в кольце 17 имеет такой контур для установки верхнего электрода 2, чтобы последний мог 25 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 30 придет в хороший контакт с верхней поверхностью электрода 3. Тогда пластина безопасно удерживается внутри чаши, образованной нижним электродом 3, окружающим изоляционным кольцом 35 8 и нижним фланцем 7. При этом благодаря упругости гибкого кольца 17 устраняется опаность повреждения пластины 1 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. ⁵⁰

Затем верхний электрод устанавливается в положение, в -которое он направлен по центру с помощью отверстия в теле 17, при этом электроды 2 . и 3 автоматически центрируются от- ⁵⁵ носительно друг друга посадкой фланца 5 в обращенные вверх лапки 14 и' 15 фланца, припаянного к кольцу 8,и, при необходимости, 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 I и хрупкого управляющего вывода 19.

После сварки полупроводниковая пластина 1 прочно ус ганавливается в требуемом месте относительно поверхностей обоих электродов независимо от смещения последних под действием сжатия или растяжения. Это пре дупреждает 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, гце 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. Флане1; 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 другой или взаимодействующими с фланцами 5 и 9 (фиг,. 1).

Гибкое изоляционное кольцо 17 может быть модифицировано для использования в соединении с кремниевой полупроводниковой пластиной 1 с несиммметричной конфигурацией катода и периферийными усилительными рлектродами. Для этой цели центральное отверстие в кольце 17 будет

Ί

845810 8 иметь несимметричный контур, соответствующий несимметричной конфигурации катодного контакта и верхнего электрода 2, предназначенного контактировать с катодным контактом ₅ полупроводниковой пластины. Кольцо 17 имеет выемки 23 по его периферии, обеспечивающие плотную пригонку кольца по внутреннему диаметру керамического изоляционного кольца 8(фиг,4). ю Возможны варианты выполнения устройств а (фиг. 5), в которых нижняя часть устройства идентична такому же узлу в варианте, представленном на фиг. 1. Однако фланец 9 кольца 8, 15 для повышения его упругости имеет видоизменную конфигурацию и перед окончательной сборкой устройства к фланцу 9 крепится управляющий вывод

19. 2Q

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

Когда нижняя часть 25 фланца сое- 30 диняется с фланцем 9, между радиальными внутренними областями фланцев формируется открытый зазор, так что площадь сцепления, по которой управляющий вывод 19 соединяется с 35 нижним фланцем 9, является спокойной. Кроме того, изогнутая форма фланца 9 улучшает его гибкость, обеспечивая таким образом лучшее аксиальное перемещение электродов 2 ⁴⁰ 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- 45 занное на фиг. 5, может включать конфигурацию полупроводниковой пластины И установленного кольца, приведенного на фиг. 1.

х¹

Упрощение монтажа и повышение надежности s устройстве, достигается благодаря возможности установки полупроводниковой пластины без ее повреждения, а такде без возможности повреждения хрупкого управляющего электрода.

Claims (2)

1. Цель достигаетс  тем, что в полупроводниковом устройстве, содержащем 1полупроводниковую пластину, зажатую ме сду анодным и катодньм электродами снабженными кольцевыми фланцами, и изол ционное кольцо, окружающее полу проводниковую пластину и части электродов и имеющее с одной стороны кольцевой фланец, соединенный с коль цевым фланцем одного из электродов и снабженный средством дл  их пентровки относительно друг друга, а с друг стороны соединеннее с кольцевым фла.н цем другого электрода, при этом между изол ционным кольцом и полупро водниковой пластиной расположено вып ненное из упругого гибкого изол цион ного материала куполобразное тело, в котором установлена, по крайней мере, примыкающа  к полупроводниково пластине часть одного из электродов, средство дл  центровки выполнено в виде трех смещенных по окружности и изоонутых вверх лапок. Кроме того, куполообразное .тело может иметь паз, через который пропущен управл ющий вывод полупроводниковой ПЛЙ.СТИНЫ. Куполообразное тело со стороны изол ционного кольца снабжено выемками . На фиг. 1 изображено устройство, поперечное сечение; на фиг. 2 верхний электрод со вторым вариантом выполнение фланца, поперечное сечение; на фиг. 3 - нижний электрод с изол ционным кольцом со вторым вариантом фланца, поперечное сечение ; на фиг. 4 - куполообразное тело с выемками, вид сверху; на фиг. устройство с. модифицированным гибким изол ционным кольцом, поперечное сечение,Полупроводниковое устройство (фиг. содержит полупроводниковую пластину I, зажату между верхним катодным 2 и соответственно анодный 3 электрода ми. В катодном электроде 2 имеетс  центральное отверстие 4 и гибкий про вод щий фланец 5 из сравнительно тон кого материала, который припа н к на ружной периферии электрода 2.Анодный электрод 3, в основном, подобен катодному электроду 2 и также имеет центральное отверстие 6, а его наруж нал поверхность соединена с гибким фланцем 7, например, пайкой. Полупроводникова  пластина I размещена в изол ционном кольце 8, выполненном , например, из керамики, внешн   поверхность которого дл  увеличени  рассто ни  электрической утечки выполнена гофрированной, а его верхн   и нижн   поверхности, соответствующим образом,метализированы. Верхн   поверхность кольца 8 соединена путем пайки с фланцем 9, который имеет участок 10. Через стенку кольца 8 проходит провод ща  трубка 11, наружный конец которой уплотн етс  провод щей заглушкой 12. Через трубку 11 провод т откачку внутренней области собранного устройства и заполнение, при необходимости , инертным газом после сборки устройства. После этого трубка может служить в качестве точки соединени  управл ющего вывода, который проходит снаружи кольца 8. К верхней части трубки 1 1 гфизарена или припа на небольша  полоса 13 из покрытой никелем меди дл  образовани  сравнительно большой массы металла, которую можно, например, обеспечить ультразвуковой обработкой алюминиевого управл ющего вывода устройства, который монтируетс  внутри собранного под давлением корпуса. Фланец 9 снабжен короткими повернутыми вверх и размещенными по окружности трем  лапками(на чертеже показаны две из них - 14 и 15). Лапкой 15 служит просто обращенный вверх участок отогнутой наружу секции 16, котора   вл етс  соединительным зажимом , например, дл  контрольного подсоединени  к верхнему электроду 2. Эти обращенные вверх три лапки служат в качестве центрирующего средства дл  установки плоского фланца 5 верхнего электрода 2 при монтаже электродов относительно друг друга. иаметр верхнего фланца 5 примерно равен диаметру, образованному кругом, который включает повернутые вверх лапки 14 и 15. Устройство также содержит куполообразное тело 17 вьшолненное из изол ционного , упругого и гибкого материала, например из силиконовой резины. Внутренний диаметр куполообразного тела 17 примерно равен наружному диаметру полупроводниковой пластины 1,так что последн   может быть установлена в кольцо 17 до сборки.Наружный диаметр 58 стенки кольца 17 выбран немного боль шим,чем внутренний диаметр кЬльца 8, тем чтобы можно было с силой устанав ливать кольцо 17 в кольцо 8, В основании кольца 17 вьшолнен паз 18, чер который может проходить управл ющий вывод 19. Кроме того, по наружной поверхности кольца 17 - имеютс  канав ( фиг. 4), облегчающие сжатие кольца . при монтаже полупроводниковой пластины между электродами. Канавки на кольце 17 также позвол ют устран ть неравномерности в размерах устройств обеспечива  зазор дл  кольца при повьшенных температурах без создани  вертикальной деформации и обеспечива  услови  дл  равномерного виутрен него давлени газа в устройстве при всех температурах. Во врем  сборки устройства сначал в кольцо 17 устанавливаетс  полупроводникова  пластина 1. Внутренний диаметр отверсти  в кольце 17 имеет такой контур дл  установки верхнего электрода 2, чтобы последний мог необходимым образом зацепл тьс  с верхней поверхностью пластины 1. Зат пластину 1 и кольцо 17 вдавливают в Изолирующее кольцо 8 до тех пор, пок нижн   поверхность пластины 1 не придет в хороший контакт с верхней поверхностью электрода 3. Тогда плас тина безопасно удерживаетс  внутри чаши, образованной нижним электродом 3, окружающим изол ционным кольцом 8 и нижним фланцем 7. При этом благодар  упругости гибкого кольца 17 устран етс  опаность повреждени  пластины 1 вследствие сотр сений и ударов во врем  сборки. Управл ющий вывод 19, который  вл етс  очень хрупким элементом, может быть припа  к провод щей трубке 11 с помощью полосы 13 на кольце 8, т.е. соединение управл ющего вывода пластины с управл ющим выводом корпуса осуществлено после того, как элементы, которые должны быть соединены, надлежащим образом и окончательно сведены вместе. Зат.ем верхний электрод устанавливаетс  в положение, некоторое он направлен по центру с помощью отверс ти  в теле 17, при этом электроды 2 и 3 автоматически центрируютс  относительно друг друга посадкой фланца 5 в обращенные вверх лапки 14 и 15 Фланца, припа нного к кольцу 8,и. при необходимос1и, поворотно регулируютс  в отверстии кольца 17. Затем дл  закреплени  друг.с другом и создани  уплотнени  зацепл ющиес  лапки 14, 15 и кромки фланца 5 и секции 16 соедин ютс  соответствующей контактной сваркой. Во врем  закрывани  устройства верхним электродом устранена опасность повреждени  полупроводниковой пластины I и хрупкого управл ющего вывода 19. После сварки полупроводникова  пластина I прочно ус ганавливаетс  в требуемом месте относительно поверхностей обоих электродов независимо от смещени  последних под действием сжати  или раст жени . Это предупреждает случайное движение или вращение пластины 1 относительно электродов 2 и 3 и кольца а, которые могут вызывать случайную поломку управл ющего 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 электро ду 2 Сфиг. 2)прикреплен в качестве фланца 5 тонкий, обращенный вниз, тарельчатый элемент с изогнутостью 20 ближе к точке, где он крепитс  с верхним электродом 2. Эта конфигураци  придает большую гибкость фланцу по сравнению с фланцем 5(фиг. 1). Область 21 фланца все еще сравнительно плоска  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 ланцу большую упругость по сравнению с фланцем 9(фиг. 1). При желании юба  конструкци  фланцев(фиг. 2 и 3)может быть использована одна с друой или взаимодействующими с фланцаи 5 и 9 (фиг,, 1). Гибкое изол ционное кольцо 17 ожет быть модифицировано дл  испольовани  в соединении с кремниевой олупроводниковой пластиной I с есиммметричной конфигурацией катоа и периферийными усилительными лектродами. Дл  этой цели центральое отверстие в кольце 17 будет 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 обеспечивающие плотиую пригонку кол ца по внутреннему диаметру керамического изол ционного кольца 8(фиг. Возможны варианты вьшолнени  уст ройств а (фиг. 5), в которых нижн   часть устройства идентична такому же узлу в варианте, представленном на фиг. 1. Однако фланец 9 .кольца 8 дл  повьшени  его упругости имеет видоизменную конфигурацию и перед окончательной сборкой устройства к фланцу 9 крепитс  управл ющий вывод 19. Верхний электрод 2 имеет также измененную конфигурацию фланца 5, содержащего верхнюю часть 24, нижнюю - 25, которые отделены друг от друга керамическимдиском 26. Керамический диск .26 должен изолировать нижний фланец 9, который соединен с управл ющим выводом 19, от верхнего катодного электрода 2. Когда нижн   часть 25 фланца сое дин етс  с фланцем 9, между радиальными внутренними област ми фланцев формируетс  открытый зазор, так что площадь сцеплени , по которой управл ющий вывод 19 соедин етс  с нижним фланцем 9,  вл етс  спокойной . Кроме того, изогнута  форма фланца 9 улучшает его гибкость, обеспечива  таким образом лучшее аксиальное перемещение электродов 2 и 3 под действием сил сжати .Модифи цированна  фланцева  конфигураци , показанна  на фиг. 5, может быть введена в варианты изображени , показанных на фиг. 1. Устройство, пок зонное на фиг. 5, может включать ко фйгурацинр полупроводниковой пластин и установленного кольца, приведенно на фиг. 1. Упрощение монтажа и повышение на дежности в устройстве, достигаетс  благодар  возможности установки полупроводниковой пластины без ее повреждени , а такде без возможности повреждени  хрупкого управл ющего электрода. Формула изобретени  . 1 . Полупроводниковое устройство, содержащее полупроводниковую пластину, зажатую между анодным и катодным электРОдами , снабженными кольцевыми фланцами , и изол ционное кольцо, окру-, жающёе полупроводниковую пластину и части электродов и имеющее с одной стороны кольцевой фланец, соединенный с кольцевым фланцем одного из электродов и снабженный средством дл  их центровки относительно друг друга, а с другой стороны соединенное с кольцевым фланцем другого электрода , при этом между изол ционным кольцом и полупроводниковой пластиной расположено выполненное из упругого гибкого изол ционного материала куполообразное тело, в котором установлена, по крайней мере, примыкающа  к полугфоводниковой пластине часть одного из электродов, о т л ича .ющеес  тем, что, с целью упрощени  монтажа и повышени  на- . дежности, средство дл  центровки выполнено в виде трех смещенных по окружности и изогнутых вверх лапок, 2. Полупроводниковое устройство по п. 1, в изол ционном кольце которого выполнен управл ющий вывод корпуса, соединенный с управл ющим выводом полупроводниковой пластины, отличающеес  тем, что куполообразное тело имеет паз, через который пропущен управл ющий вывод полупроводниковой пластины. 3. Полупроводниковое устройство по п. 1-2, отличающеес  тем, что куполообразное тело со стороны изол ционного кольца снабжено выемками Источники информации, прин тые во внимание при экспертизе , 1. Патент США № 34§9095, кл. 174-52, опублик. 1968.
2. 2. Патент США № 3599057, кл. 317-234, опублик. 1971(прототип). 16 15 // // г 4 f0

   I ,

   го

   Риг 2

   /J / X

   EZZZZ

   , ITML-y

   Г

   /

   J

   иг.З

   /7