Одноразовый короткозамыкатель и способ его изготовления Советский патент 1988 года по МПК H01H79/00 H01H69/00 

со

00

00

Изобретение относится к электротехнике, а именно к выключателям, в которых избыточный ток вызывает замыкание контактов, шунтирующих вход защищаемой аппаратуры от импульсов перенапряжения разрушающего уровня.

Целью изобретения является умень- щение проводимости краевых областей полупроводниковой структуры и повы- шение надежности путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткозамыкателя.

На чертеже представлена конструкция одноразового короткозамыкателя,

Короткозамыкатель содержит монокристалл 1 кремния, в объеме которого сформирована полупроводниковая структура, например, динистора или тиристора, нижний медный электрод 2, вол фрамовый электрод 3, верхний медный электрод 4, нижнюю и верхнюю крышку 5 тиристора, опорный элемент 6, тарированную пружину 7, верхний и нижний охладители 8, фасонную шайбу 9, изолятор 10, керамический корпус 11 прибора, шпильку 12, стягивающую конструкцию прибора, например, тиристора, в сборке с охладител ем, гайки 13 и изолирующие втулки 14 (прокладки).

Монокристалл 1 кремния, в объеме которого сформирована тиристорная полупроводниковая структура, распо- ложен между нижним 2 и верхним 4 электродами, причем между нижним электродом 2 и монокристаллом 1 расположен вольфрамовый электрод 3. Верхний 4 и нижний 2 электроды со- пряжены с нижней и верхней крышкой тиристора 5.

Во избежание электрического замыкания электродов 2 и 4 они заключны в Изолятор 10 и керамический кор пус 11. Помимо этого конструкция тиристора содержит фасонную шайбу 9, Тиристорная структура, состоящая из перечисленных элементов, заключена между верхним и нижним охладите- лями 8, электрический и тепловой котакт которых с этой структурой обеспечивается опорным элементом 6, тарированной пружиной 7, шпильками 12 и гайками 13. Изолирующие втулки 14 препятствуют замыканию электродо в исходном состоянии.

Короткозамыкатель работает сле- образом.

При отпирании короткозамыкателя по вспомогательному электроду тиристоров (не показан) или при его пробое чрезмерным током и напряжением подпружиненные контакты смещаются навстречу друг другу и, соприкасаясь, создают короткозамкнутое соединение .

Краевые области предлагаемого коротк озамыкателя имеют меньшую проводимость чем известного и шнурование тока в этом случае происходит под защитой внешних областей полупроводниковой структуры, которые кратковременно сдерживают плазму внутри объема структуры на время, необходимое и достаточное для образования металлической перемычки, замыкающей электроды. Ее образование гасит плазменный шнур„

В связи с тем, что естественный разброс проводимостей отдельных участков кристалла лежит в пределах 20-50% соотношение сопротивлений краевых областей кристалла и его центральной зоны выбрано не меньшим 2. Закон изменения этого сопротивления, протяженность краевых областей и др. существенной роли не играют.

Суть способа состоит в том, что полупроводниковую структуру прибора подвергают f -облучению, доза которого Р. В целях обеспечения неравномерности этого облучения его осуществляют через свинцовую маску, толщина которой уменьшается по направлению от центра к периферии. В результате выполненной таким образом операции облученными оказываются преимущественно краевые области полупроводниковой структуры, сопротивление которых соответственно возрастает и которые при срабатывании короткозамыкателя вьтолняют функции охранного кольца, препятствующего прорыву плазмы из центральных областей структуры при аварийном срабатывании полупроводникового прибора.

Пример. Берут партию из 12 приборов типа Т161-160, которые подвергают воздействию jf -лучей с экспозиционной дозой 5-10 Р. При этом средний уровень падения напряжения на приборах возрос с 1,6 до 25-10 В т.е. более чем на порядок. При этом установлено, что проводимость внутренних областей полупроводниковой структуры сохраняется примерно прежней, т.е. 1,5-2 В (для установления этого факта изготовляют и анализируются ишифы двух полупроводниковых приборов).

Через остальные приборы, подвергающиеся J -облучению, пропускают ток разрушающего уровня„ Выброса плазмы при этом не наблюдается. Помимо внешнего осмотра этот вывод подтвержден при вскрытии приборов, трансформированных в короткозамкну- тое соединение чрезмерным током.

Формула изобретения

1 о Одноразовыр короткозамыкатель представляющий собой мои1ный полупроводниковый прибор с прижимными или паяными контактами, входящими в со- прикосновение при разрушении полупроводниковой структуры, имеющей форму диска, чрезмерным током, о т- личающийся тем, что, с целью повышения надежности путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании коротко- замыкателя, полупроводниковая структура выполнена из материала с неравномерной проводимостью, уменьшающейся от центра к краям диска.

2. Способ изготовления одноразового короткозамыкателя представляющего собой полупроводниковый прибор с прижимными или паяньпчи контактами, входящими в соприкосновение при разрушении полупроводниковой структуры, имеющей форму диска, чрезмерным током, отличающийся тем, что, с целью уменьшения проводимости краевых областей полупроводниковой структуры и повьШ1ения надежности путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткозамыкателя, полупроводниковую структуру в процессе изготовления или после Изготовления мощного полупроводникового прибора подвергают гамма-облучению, доза которого возрастает от нуля в центре полупровод7 R

никовой структуры до 10 -10 Р на краях полупроводниковой структуры, для чего указанное облучение осуществляют через маску, задерживающую гамма-лучи, выполненную из свинца и утоньшающуюся по направлению от центра к краям.

Изобретение относится к электротехнике, а именно к выключателям, в которых избыточный ток вызывает замыкание контактов, шунтирующих защищаемую аппаратуру и оборудование от импульсов перенапряжения. Целью изобретения является повышение быстродействия путем предотвращения пожароопасного выброса плазмы при срабатывании короткозамыкателя. Поставленная цель достигается использованием в качестве короткозамыкателя мощного полупроводникового прибора с прижимными или паяными контактами, конструктивной особенностью которого является то, что краевые области кристалла имеют меньшую проводимость, чем его центральные области. Благодаря этому щнурование тока происходит в центральной зоне кристалла и образующаяся плазма не может вырваться наружу Указанная конструктивная особенность, то есть уменьшенная проводимость боковых(краевых) областей монокристалла, достигается тем, что их подвергают У -облучению. 2 СоПа ф-лы, 1 ил„ с (Л

/J