СТАБИЛИТРОН Российский патент 2000 года по МПК H01L23/04 

Область техники. Изобретение относится к радиоэлектронике, конкретно к полупроводниковым устройствам, которые могут быть использованы в цепях постоянного, переменного и пульсирующего тока и в частности в изделиях с ограниченным аппаратурным объемом.

Уровень техники. Известен кремниевый стабилитрон с переменным сечением корпуса (Электронные компоненты. 1998 г., N2, с.49-58), содержащий в поперечном сечении линию внешней границы корпуса в виде овала.

Под термином "поперечное сечение" следует понимать сечение плоскостью, перпендикулярной продольной оси стабилитрона.

Термин "поперечное сечение" используется в данном контексте на протяжении всего описания, включая формулу изобретения.

Под термином "продольная ось стабилитрона" следует понимать характерную ось, проходящую, например:
через центр масс стабилитрона или корпуса диода и параллельную оси одного из выводов стабилитрона;
по касательной к образующей обечайки (боковой стенке) стабилитрона;
через геометрические центры (или центры масс) противоположных днищ (стенок).

Термин "продольная ось стабилитрона" используется в данном контексте на протяжении всего описания.

Недостатками аналога являются:
во-первых, отсутствие конструктивно заложенного изменения линейного размера внешней границы поперечного сечения корпуса, что не позволяет обеспечить максимальную компоновку стабилитрона в составе изделия с ограниченным объемом;
во-вторых, при утилизации стабилитрона, в том числе в составе изделия, требуется большая работа по деформации корпуса стабилитрона в поперечном направлении в связи с большим значением момента сопротивления сечения корпуса сжатию (деформации, разрушению /1/).

Под термином "линейный размер" следует понимать характерное расстояние, например, между:
противоположными точками пересечения отрезка прямой, проходящей через центр масс сечения стабилитрона или корпуса стабилитрона с линией внешней границы корпуса;
противоположными точками на внешних границах противоположных сторон в сечении корпуса.

Термин "линейный размер" используется в данном контексте на протяжении всего описания, включая формулу изобретения.

Наиболее близким по технической сущности прототипом к предлагаемому устройству является стабилитрон, содержащий линию внешней границы поперечного сечения корпуса (Курносов А.И., Юдин В.В. Технология производства полупроводниковых приборов. М., Высшая школа, 1974, с.307-312).

Недостатками прототипа являются:
во-первых, отсутствие конструктивно заложенного изменения линейного размера внешней границы поперечного сечения корпуса, что не позволяет обеспечить максимальную компоновку стабилитрона в составе изделия с ограниченным объемом;
во-вторых, при утилизации стабилитрона, в том числе в составе изделия, требуется большая работа по деформации корпуса стабилитрона в поперечном направлении в связи с большим значением момента сопротивления сечения корпуса сжатию (деформации, разрушению).

В процессе утилизации могут происходить операции разделения корпуса стабилитрона на элементы, в связи с чем форма корпуса прототипа не оптимальна с точки зрения уменьшения работы по утилизации стабилитрона.

Сущность изобретения. Задачей изобретения является создание стабилитрона с конструктивно заложенным изменением линейного размера внешней границы в поперечном сечении корпуса, улучшенными монтажными и утилизационными свойствами.

Под термином "утилизационные свойства" следует понимать конструктивную приспособленность стабилитрона, например корпуса к разрушению в процессе утилизации.

Термин "утилизационные свойства" используется в данном контексте на протяжении всего описания изобретения.

Под термином "монтажные свойства" следует понимать безошибочность расположения, надежность крепления и повышение, при необходимости, плотности компоновки стабилитрона в схеме совместно с другими деталями.

Термин "монтажные свойства" используется в данном контексте на протяжении всего описания изобретения.

Указанный технический результат изобретения достигается тем, что стабилитрон содержит линию внешней границы поперечного сечения корпуса, и по крайней мере в одном из поперечных сечений по крайней мере часть линии границы сечения выполнена в виде фрагмента или комбинации фрагментов косого конического сечения прямого кругового конуса.

Под термином "косое коническое сечение" следует понимать линию, которую образует поверхность прямого кругового конуса и секущая плоскость, не проходящая через его вершину при условии, что угол между секущей плоскостью и осью прямого кругового конуса отличен от прямого угла [2]. Термин "косое коническое сечение" используется в данном контексте на протяжении всего описания и в формуле изобретения.

При этом обеспечивается конструктивно заложенное изменение линейного размера внешней границы поперечного сечения корпуса. При размещении стабилитрона в изделии обеспечивается более плотная компоновка и повышенная надежность крепления деталей в ограниченном объеме, безошибочный монтаж стабилитрона в схеме относительно других деталей. В процессе утилизации стабилитрона производится гораздо меньшая работа по разрушению корпуса при сжатии.

Стабилитрон может быть выполнен в поперечном сечении с переменным линейным размером, что позволит повысить компоновочные свойства и безошибочность монтажа в электрической схеме.

Стабилитрон может быть выполнен с линейным размером в поперечном сечении многократно возрастающим, убывающим, изменяющимся периодически, что позволит повысить компоновочные свойства и безошибочность монтажа в электрической схеме.

Стабилитрон может быть выполнен с вогнутой или выпуклой частью линии границы поперечного сечения корпуса относительно центра масс сечения, что позволит повысить компоновочные свойства и безошибочность монтажа в электрической схеме.

Под термином "центр масс сечения" следует понимать точку в плоскости сечения, относительно которой элементарные массы сечения взаимно уравновешены, т.е. выполняется условие уравнения:

где S - площадь поперечного сечения;
X_i - расстояние от i-й элементарной массы до центра масс сечения;
ρ_i - плотность материала i-й элементарной массы;
1•ds - элементарный объем i-й массы.

Термин "центр масс сечения" используется в данном контексте на протяжении всего описания и в формуле изобретения.

Стабилитрон может быть выполнен со ступенчатой частью длины линии границы поперечного сечения корпуса, причем ступени могут быть выполнены как с увеличением линейного размера сечения при переходе от одной ступени к другой, так и с уменьшением, что позволит повысить компоновочные свойства и безошибочность монтажа в электрической схеме.

Стабилитрон может быть выполнен по крайней мере с одной выемкой и/или одним выступом на границе поперечного сечения корпуса, что позволит повысить безошибочность монтажа в составе изделия.

Стабилитрон может быть выполнен с частью длины границы поперечного сечения в виде фрагментов и/или комбинаций фрагментов: многоугольника, конического сечения прямого кругового конуса, что позволит повысить компоновочные свойства и безошибочность монтажа в электрической схеме.

Под термином "коническое сечение" следует понимать линию, которую образует поверхность прямого кругового конуса и секущая плоскость, не проходящая через его вершину при условии, что угол между секущей плоскостью и осью прямого кругового конуса прямой [2].

Термин "коническое сечение" используется в данном контексте на протяжении всего описания и в формуле изобретения.

Стабилитрон может быть выполнен с разрывом толщины в поперечном сечении корпуса, причем разрыв может быть многократным и периодическим, что позволит повысить компоновочные свойства и безошибочность монтажа в электрической схеме за счет расположения токовыводов в требуемом месте на корпусе.

Стабилитрон может быть выполнен с многослойным корпусом, причем корпус или любой из его слоев имеет в сечении переменную толщину, которая многократно возрастает и убывает, а также меняется периодически, что позволит улучшить утилизационные свойства стабилитрона.

Корпус стабилитрона или любой из его слоев может быть выполнен из металла с пределом прочности от 80 МПа до 2050 МПа, или из композиционного материала (волокнистых материалов, слоистых композиций, дисперсно- упрочненных материалов) с пределом прочности от 10 МПа до 1800 МПа, или из пластмассы, керамики, металлокерамики, стекла, резины с пределом прочности от 0,1 МПа до 2000 МПа, что позволит применять его в различных климатических условиях, а также в агрессивных средах при повышенных (пониженных) температурах.

Стабилитрон может быть выполнен по крайней мере с одним слоем изолятора, расположенным между корпусом и внешней границей рабочей секции, причем в качестве изолятора применяется вакуум, газ, жидкость, твердое вещество или резина, при этом электрическая прочность изолятора лежит в пределах от 1 КВ/м до 300 МВ/м, что обеспечит работоспособность стабилитрона в широком диапазоне рабочих напряжений (от единиц до сотен тысяч вольт) и условий эксплуатации.

Под термином "рабочая секция" следует понимать объем, в котором находится рабочий выпрямительный элемент стабилитрона.

Термин "рабочая секция" используется в данном контексте на протяжении всего описания и в формуле изобретения.

Стабилитрон может быть выполнен с изолятором, толщина которого в поперечном сечении меняется, многократно возрастая и убывая, или занимает все пространство сечения внутри корпуса, что позволит обеспечить в заданных областях корпуса стабилитрона повышенную изоляцию.

Стабилитрон может быть выполнен с полостями между слоями корпуса и/или изолятора, что позволит уменьшить работу по разрушению стабилитрона при утилизации путем ослабления сил сцепления между слоями.

Проведенный анализ уровня техники показал, что заявленная совокупность существенных признаков, изложенных в формуле изобретения, неизвестна. Это позволяет сделать вывод о ее соответствии критерию "новизна".

Для проверки соответствия заявленного изобретения критерию "изобретательский уровень" проведен дополнительный поиск известных технических решений с целью выявления признаков, совпадающих с отличительными от прототипа признаками заявленного технического решения. Установлено, что заявленное техническое решение не следует явным образом из известного уровня техники. Следовательно, заявленное изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень".

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения. Сущность изобретения и возможность его практической реализации поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображено поперечное сечение стабилитрона, содержащее линию внешней границы 1, и по крайней мере часть линии границы сечения выполнена в виде фрагмента косого конического сечения прямого кругового конуса 2.

На фиг.1 изображено поперечное сечение стабилитрона с переменным линейным размером 3.

Линейный размер обозначен отрезком прямой между противоположными точками 4 и 5 на корпусе стабилитрона и проходящий через центр масс сечения 6. На границе сечения выполнены выемки 10 и выступы 11.

На фиг.2 изображено поперечное сечение, линейный размер которого меняется, многократно и периодически возрастая и убывая. Часть линии границы сечения относительно центра масс сечения 6 выполнена вогнутой 7 и выпуклой 8. Часть линии границы выполнена из группы, содержащей в сечении фрагменты или комбинации фрагментов: окружности 12, квадрата 13, прямоугольника 14, ромба 15, трапеции 16, треугольника 17, эллипса 18.

На фиг.3 изображено поперечное сечение со ступенчатой 9 линией границы. При этом корпус имеет переменную толщину, которая меняется, многократно возрастая и убывая (периодически). В центральной части сечения расположена рабочая секция 19 стабилитрона 23. Между границей рабочей секции и корпусом расположен изолятор 20. Изолятор имеет участки с переменной толщиной.

Корпус и изолятор в сечении имеют разрывы 22 для выводов 24.

На фиг. 4 изображено поперечное сечение стабилитрона, в котором все пространство сечения внутри корпуса занято многослойным изолятором. Между слоями изолятора, между изолятором и корпусом располагаются полости 21.

Таким образом, применение данной конструкции стабилитрона позволит достичь задачи изобретения.

Литература
1. Феодосьев В. И. Сопротивление материалов. - М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979.-560 с.

2. Математический энциклопедический словарь. М.: "Советская энциклопедия", 1988 г., 847 с.

Использование: радиоэлектроника, полупроводниковые устройства. Сущность изобретения: стабилитрон содержит корпус, причем по крайней мере в одном из поперечных сечений корпуса по крайней мере часть линии границы сечения выполнена в виде фрагмента или комбинации фрагментов линии, которую образуют поверхность прямого кругового конуса и секущая плоскость, не проходящая через его вершину, при условии, что угол между секущей плоскостью и осью прямого кругового конуса отличен от прямого угла. Техническим результатом изобретения является создание стабилитрона с конструктивно заложенным изменением линейного размера внешней границы в поперечном сечении корпуса, улучшенными монтажными и утилизационными свойствами. 29 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Стабилитрон, содержащий корпус, отличающийся тем, что по крайней мере в одном из поперечных сечений корпуса по крайней мере часть линии границы сечения выполнена в виде фрагмента или комбинации фрагментов линии, которую образуют поверхность прямого кругового конуса и секущая плоскость, не проходящая через его вершину, при условии, что угол между секущей плоскостью и осью прямого кругового конуса отличен от прямого угла. 2. Стабилитрон по п. 1, отличающийся тем, что он выполнен в сечении с переменным линейным размером. 3. Стабилитрон по п.2, отличающийся тем, что линейный размер в сечении последнего меняется, многократно возрастая и убывая. 4. Стабилитрон по п.3, отличающийся тем, что линейный размер в сечении последнего меняется многократно и периодически. 5. Стабилитрон по любому из пп.1 - 4, отличающийся тем, что часть длины линии границы относительно центра масс сечения выполнена вогнутой. 6. Стабилитрон по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что часть длины линии границы относительно центра масс сечения выполнена выпуклой. 7. Стабилитрон по любому из пп.1 - 6, отличающийся тем, что часть длины линии границы сечения выполнена ступенчатой. 8. Стабилитрон по п.7, отличающийся тем, что ступени могут быть выполнены как с увеличением линейного размера в сечении при переходе от одной ступени к другой, так и с уменьшением. 9. Стабилитрон по любому из пп.1 - 8, отличающийся тем, что часть длины линии границы сечения выполнена по крайней мере с одной выемкой. 10. Стабилитрон по любому из пп.1 - 9, отличающийся тем, что часть длины линии границы сечения выполнена по крайней мере с одним выступом. 11. Стабилитрон по любому из пп.1 - 10, отличающийся тем, что часть длины линии границы сечения выполнена из группы, содержащей в сечении фрагменты и/или комбинации фрагментов: многоугольника, конического сечения прямого кругового конуса. 12. Стабилитрон по любому из пп.1 - 11, отличающийся тем, что корпус в сечении имеет по крайней мере один слой. 13. Стабилитрон по любому из пп.1 - 12, отличающийся тем, что корпус и/или по крайней мере один из его слоев в сечении имеет переменную толщину. 14. Стабилитрон по любому их пп.1 - 13, отличающийся тем, что толщина корпуса и/или по крайней мере одного из его слоев в сечении меняется, многократно возрастая и убывая. 15. Стабилитрон по п.14, отличающийся тем, что толщина корпуса и/или по крайней мере одного из слоев меняется многократно и периодически. 16. Стабилитрон по любому из пп.1 - 5, отличающийся тем, что толщина корпуса и/или по крайней мере одного из его слоев в сечении имеет по крайней мере один разрыв. 17. Стабилитрон по п.16, отличающийся тем, что разрывы толщины корпуса и/или одного из его слоев в сечении выполнены многократно. 18. Стабилитрон по любому из пп.1 - 17, отличающийся тем, что по крайней мере часть по крайней мере одного слоя корпуса выполнена из металлического материала с пределом прочности 80 - 2050 МПа. 19. Стабилитрон по любому из пп.1 - 18, отличающийся тем, что по крайней мере часть по крайней мере одного из слоев корпуса выполнена из композиционного материала. 20. Стабилитрон по п.19, отличающийся тем, что композиционный материал выполнен из волокнистых материалов или слоистых композиций, или дисперсно-упрочненных материалов. 21. Стабилитрон по п.20, отличающийся тем, что предел прочности композиционного материала 10 - 1800 МПа. 22. Стабилитрон по любому из пп.1 - 21, отличающийся тем, что по крайней мере часть по крайней мере одного слоя корпуса выполнена из пластмассы, или керамики, или металлокерамики, или стекла, или ситалла, или резины. 23. Стабилитрон по п.22, отличающийся тем, что предел прочности материала слоя корпуса 0,1 - 2000 МПа. 24. Стабилитрон по любому из пп.1 - 23, отличающийся тем, что содержит рабочую секцию, а между внешней границей рабочей секции и корпусом расположен по крайней мере один слой изолятора. 25. Стабилитрон по п. 24, отличающийся тем, что в качестве по крайней мере части слоя изолятора использован вакуум, или газ, или жидкость, или твердое вещество, или резина. 26. Стабилитрон по п.25, отличающийся тем, что электрическая прочность изолятора 1 - 300 МВ/м. 27. Стабилитрон по пп.24 - 26, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одного слоя изолятора в сечении меняется, многократно возрастая и убывая, и/или занимает все пространство сечения внутри корпуса. 28. Стабилитрон по любому из пп.24 - 27, отличающийся тем, что толщина по крайней мере одного из слоев изолятора имеет в сечении по крайней мере один разрыв. 29. Стабилитрон по п.28, отличающийся тем, что разрывы толщины по крайней мере одного из слоев изолятора в сечении выполнены многократно. 30. Стабилитрон по любому из пп.12 - 19, 22, 24, 27 - 29, отличающийся тем, что в сечении на границе раздела слоев корпуса и/или слоев изолятора, и/или корпуса и изолятора выполнена по крайней мере одна полость.