МОЩНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР Российский патент 1994 года по МПК H01L23/48 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к деталям и конструктивным элементам таких полупро- водниковых приборов, как транзисторы, тиристоры, симисторы, и может быть использовано в различных преобразовательных устройствах.

Известно много вариантов полупроводниковых приборов, выполненных в различных корпусах, в том числе прижимной конструкции. Приборы прижимной конструкции содержат полупроводниковые элементы, расположенные между силовыми электродами внутри корпуса, и элементы, расположенные между силовыми электродами внутри корпуса, и элементы токосъема силовой и управляющей частей. При этом подвод тока от цепи управления и полупроводниковым элементом осуществляется прижимом, пайкой и разваркой. В первом случае конструкции достаточно сложна, во втором и третьем случаях либо недостаточно надежна, либо нетехнологична. Во всех случаях приборы имеют низкую функциональную возможность.

При решении задачи подвода тока у мощных приборов к управляющему электроду приходится решать задачи соединения алюминиевой металлизации контакта структуры с внешними выводами. Это ставит ряд задач, среди которых трудно решить задачу надежного соединения выходящих алюминиевых проводов с внешней трубкой, через которую происходит соединение с внешней цепью. Еще более сложной задачей является необходимость включения в цепь управления дополнительных активных и пассивных элементов схемы, например диодов или интегральных схем.

Наиболее близким к изобретению является мощный полупроводниковый прибор прижимной конструкции, содержащий корпус с внешними выводами цепи управления, внутри которого между силовыми электродами расположена полупроводниковая структура с внутренними выводами цепи управления.

Недостатком такого прибора является его низкая функциональная возможность, т. е. управление проводится непосредственно прямым сигналом извне.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей прибора.

Цель достигается так, что в мощно полупроводниковом приборе прижимной конструкции, содержащих корпус с внешними выводами цепи управления, внутри которого между силовыми электродами расположена полупроводниковая структура с внутренними выводами цепи управления, на поверхности полупроводниковой структуры внутри верхнего силового электрода расположен введенный изолирующий дисковый элемент, имеющий боковой паз, доходящий до центрального отверстия, металлизированный с одной стороны по заданной топологии, при этом на стороне с металлизацией закреплены активные и пассивные элементы схемы или интегральная схема, выводы внешней цепи управления и внутренние выводы управляющей цепи, которые выведены от полупроводниковой структуры через боковой паз и центральное отверстие.

Таким образом, общими признаками заявляемого решения с прототипом являются наличие корпуса с системой выводов, внутри которого между силовыми электродами методом прижима закреплена полупроводниковая структура, а также наличие управляющих выводов внутренней и внешней цепей управления, соединенных с полупроводниковой структурой методом сварки.

К отличительным признакам относятся введение изолирующего дискового элемента, имеющего центральное отверстие и боковой паз; причем паз доходит до центрального отверстия, одна сторона дискового элемента металлизирована по заданной топологии и на этой стороне закреплены активные и пассивные элементы или интегральная схема, которые в свою очередь включены в схему управления полупроводниковой структурой по необходимой электрической схеме. Кроме того, на дисковом элементе на металлизированной стороне закреплены внешние и внутренние выводы цепи управления. Внутренние выводы цепи управления выведены от структуры через боковой паз и центральное отверстие дискового элемента. Расположен вводимый дисковый элемент на поверхности полупроводниковой структуры внутри верхнего силового электрода.

Решений с указанными отличительными признаками в проанализированной технической литературе не обнаружено, поэтому решение соответствует критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 изображен полупроводниковый прибор в разрезе; на фиг. 2 - вводимый изолирующий дисковый элемент, вид сверху; на фиг. 3 - полупроводниковая структура с наклеенным дисковым элементом, вид сверху; на фиг. 4 - электрическая схема транзистора с двойным предусилением.

Прибор содержит (фиг. 1) корпус 1, основание 2, которым служит нижний силовой электрод, полупроводниковую структуру 3, расположенную между основанием и верхним силовым электродом 4, крышку 5, внешние выводы 6, 7 цепи управления (фиг. 1, 3), изолирующий дисковый элемент 8 (фиг. 2). Дисковый элемент выполнен с боковым сквозным пазом и центральным отверстием, причем паз доходит до центрального отверстия. Размер отверстия не может быть меньше диаметра контактной площадки базы Б₁ (фиг. 3) полупроводниковой структуры, например транзистора типа Дарлингтон. На одну сторону дискового элемента нанесена металлизация 9 по заданной топологии, которая может иметь несколько изолированных друг от друга площадок, например а и b. На металлизации (фиг. 3) закреплены выводы 6, 7 внешней цепи управления, активные и пассивные элементы 10 схемы или интегральная схема, выводы 11 внутренней цепи управления, которые выведены от транзисторной структуры через боковой сквозной паз и центральное отверстие.

Сборку прибора начинают с того, что на металлизированную сторону дискового элемента 8 (фиг, 2, 3) напаивают активные (диоды D₁ и D₂) 10 и, если она есть, пассивные элементы (например, сопротивления) или интегральную схему, а также выводы 6, 7 внешней цепи управления. Причем активные элементы 10 или интегральную схему напаивают на площадку а, внешний вывод цепи 6 управления - на площадку а, внешний вывод 7 цепи управления - на площадку d. Затем проверяют полученную сборку по электрическим параметрам и наклеивают ее на транзисторную структуру. В данном случае использована транзисторная структура с двойным предусилением (фиг. 4), на которой сформированы транзисторы Т₁, Т₂, Т₃ и сопротивления R₁, R₂, R₃. Включенные в схему диоды D₁ и D₂ (10) навесные.

После приклеивания дискового элемента на структуру 3 выполняют разварку внутренних выводов 11 управляющей цепи согласно электрической схемы и повторно проверяют полученную сборку вместе с транзисторной структурой по всем электрическим параметрам, после чего устанавливают ее внутри корпуса 1 на основание 2. Напаянные на дисковый элемент выводы 6 и 7 внешней цепи управления вставляют в коваровые трубки, вмонтированные в корпус. Сверху на транзисторной структуре 3 закрепляют верхний силовой электрод 4, в котором предусмотрено полое пространство для дискового элемента 8 с выводами 6, 7 цепи управления. Далее надевают крышку 5, герметизируют прибор и холодной сваркой обжимают поворотные трубки с находящимися в них выводами 6, 7.

При работе прибора на вывод 6 подают сигнал, открывающий базу транзистора Т₁. Срабатывает первый каскад. Аналогично сигнал приходит в базу транзистора Т₂, и срабатывает второй каскад. Сигнал из второго каскада проходит в базу транзистора Т₃ - срабатывает третий каскад. В ряде случаев для синхронизации схемы используют вывод 7 (база второго транзистора Т₂). В случае применения схемы управления выводы 6 и 7 становятся просто входной цепью прибора. Диоды Д₁ и Д₂ имеют назначение ускоряющих. При включении в схему указанного прибора интегральной схемы ее входная цепь подключается к выводам 6, 7, а выходная - на базу и эмиттер транзистора Т₁. В этом случае отпирание первого транзистора Т₁ происходит по команде интегральной схемы.

Таким образом, введение дополнительного изолирующего дискового элемента решает ряд задач. Во-первых, в обычных конструкциях активные и пассивные элементы присоединяют непосредственно к структуре. В этом случае можно применять только планарные элементы, что далеко не всегда удобно в производстве и почти всегда экономически не выгодно, так как увеличивает расход исходного материала. Пайка непосредственно на структуре не желательна, так как контакты к базе и эмиттеру создаются напылением алюминия. Другие технологии не экономичны. Пайка по алюминию снижает надежность прибора из-за ее высокотемпературности, а дополнительные обработки удорожают прибор. Применение схемных решений в этом случае вообще невозможно. В предлагаемом решении эти ограничения сняты, так как дисковый элемент дает возможность вывести во внешнюю цепь медные выводы, которые предварительно напаивают на него, и за счет этого значительно повышается надежность прибора. Во-вторых, на дисковом элементе можно изготовить любую тонко- или толстопленочную схему, а в простейшем случае использовать его как промежуточный элемент, на который разваривают выводы алюминия, а во внешнюю цепь обычной пайкой выводят медный вывод.

Изготовление и использование на дисковом элементе управляющей схемы позволяет сделать обычный прибор "разумным", что повышает его функциональные возможности.

Использование дискового элемента позволяет напаять активные и пассивные элементы (диоды) или интегральную схему и при необходимости провести на нем дополнительные технологические операции, например травление и защиту. Можно увеличить быстродействие структур активных элементов путем их облучения отдельно от основной полупроводниковой структуры.

Из вышеперечисленного видно, что данная конструкция позволяет решить вопросы надежности, технологичности, повышения выхода годных приборов на 10-15% , а главное качественно по новому решить задачу создания "разумных" приборов. (56) Патент ФРГ N 1614090, кл. 21 g 11/02, опублик, 16.09.71.

Сущность изобретения: прибор снабжен изолирующим дисковым элементом с односторонней металлизацией и радиальным пазом, на котором закреплены навесные активные и пассивные элементы. 4 ил.

МОЩНЫЙ ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ПРИБОР , содеpжащий коpпус с внешними выводами цепи упpавления, в полости котоpого pасположена полупpоводниковая стpуктуpа с веpхним и нижним силовыми электpодами и внутpенними выводами цепи упpавления, отличающийся тем, что он снабжен изолиpующим дисковым элементом с pадиальным пазом и одностоpонней металлизацией, пpи этом глубина pадиального паза дискового элемента пpевышает его pадиус, а топология металлизации соответствует схеме пpибоpа, пpичем веpхний силовой электpод выполнен кольцевым и внутpи него pасположен дисковый элемент, на металлизации котоpого закpеплены активные и пассивные элементы или интегpальная схема, входящие в состав пpибоpа и внутpенние выводы цепи упpавления, соединенные с полупpоводниковой стpуктуpой чеpез pадиальный паз дискового элемента.