Полупроводниковый блок Советский патент 1990 года по МПК H01L23/36 

1(46) 07.09.90.БЮЛ. 33

(21)408А732/2А-25

(22)04.07.86

(72) Р.Б.Ефименков, Т.В.Захарова, Ф.М.Кудрявцев и В.В.Разоренов

(53)621.382.002(088.8)

(56) Комплексы звуковоспроизводящей универсальной аппаратуры типа , Паспорт ЛШО, 1983, с.33.

Патент США Я 3377524, кл. 357-81 1968.

(54)ПОЛУПРОВОДНИКОВЬт БЛОК

(57) Изобретение относится к электротехнике. Целью Изобретения является повьшение надежности работы полупроводникового прибора в импульсном режиме. Полупроводниковый блок содержит полупроводниковый прибор (с тепловыделяющим элементом), установленный на радиаторе через изолятор и тепло- проводящий элемент, размеры которого зависят от размеров тепловыделяющего элемента. 1 ил. .

4 1C

О9 СЛ

ИзоГфетеиие относится к области электротехники, в частности, к тем ее областям, где применяются мощные полупроводниковые приборы с пиковой мощностью свьш1е 5 Вт, изолированные электрически от теплорассеивающих радиаторов;

Целью изобретения является повышение надежности работы полупроводникового прибора в импульсном режиме.

В полупроводниковом блоке, содержащем полупроводниковый прибор с кристаллом, являющимся тепловьщеляющим элементом установленный на радиато- ре через изолятор и теплопроводник, последний имеет толщину не менее двух длин тепловыделяющего элемента, а площадь поперечного сечения, превышающую площадь тепловьщеляющего эле- мента не менее, чем в сто раз.

Если в качестве материала тепло- проводника взять вещество с большой удельной теплоемкостью или вещество, имеющее фазовый переход в рабочем диапазоне температур (например, калий), то при импульсном характере генерации тепла указанный теплопроводник будет способен накапливать большое количество тегша при небольших повы- шениях температуры теплопроводника, а затем в промежутках между импульса- :ш. транспортировать это тепло через. -уполйтор на радиатор с большим расши- ; и дем теплового потока. Такое выпол- ягенйе теплопроводника придает ему в. зейства теплонакопителя-теплорасвшри ; глй,, что позволяет пропускать через волуз фоводннковый прибор не только стационарный тепловой поток, который гу.пр,;влен по перпендикуляру к поверхности источника тепла, но и расширять его в поперечном направлении с одно- г :ееменным накоплением тепла в объеме указанного теплопроводника, в том числе и за счет скрытой теплоты плавления .

На чертеже показан предлагаемый полупроводниковый, блок.

Он содержит полупрЪводниковый прибор 1 с кристаллом 2, который установлен на радиатор 3 через теплопроводник 4 и изолятор 5. При импульсном режиме сигнала через полупроводниковый прибор 1 проходит пиковая мощ- I кость свыше 5 Вт, и кристалл 2 полу- преводникового прибора 1 нагревается Тепло транспортируется на теплопроводник Д и далее чере изолятор 5 пе

0

Q П

-

5

редается радиатору 3. Если теплопроводника А будет менее дву длин кристалла 2, а площадь не будет превьппать в сто раз площадь кристалла 2 полупроводникового прибора t, то при импульсном характере сигнала -тепло не будет успевать развертываться и транспортироваться на 3, . что приведет к перегреву и выходу из строя кристалла 2 полупроводникового прибора 1..

Пример 1. В усилителе КЗВПЗО устанавливают полупроводниковый блок с транзистором КТ808. Кристалл имеет размеры 5x5x0,7 мм и установлен в корпусе типа ТО-3. Толщина металлического корпуса транзистора в районе кристалла t,2 мм. При импульсном режиме этого недостаточно для расширения теплового потока, поэтому изоляция между корпусом транзистора и радиатором встречает плотный тепловой поток и оказывает максимально вредное сопротивление этому потоку. На звуко- вызс сигналах кристалл перегревается и выходит из строя, а крайние точки корпуса транзистора и радиатор остаются холодными. Для того, чтобы это устранить, вводят теплопроводник,. электрически не изолированный от корпуса полупроводникового прибора, но изолированный от радиатора. Толщина теплопроводника - 10 мм, а площадь - 25 см. При таком выполнении полупроводникового блока .надежность на звуковых сигналах с пик-фактором 40/1 повьшгается в 100 раз, поскольку расчетное значение мощности при импульсном режиме может превышать в 1600 раз среднюю расчетную мощность, а площадь теплопроводника в 100 раз больше площади кристалла.

Введение в полупроводниковый блок теплопроводника позволяет снизить тепловое сопротивление транзистор- окружающая среДа за счет более равно- мерной загрузки радиатора и более рационального места постановки препятствия тепловому потоку, снизить пульсации температуры, возникающие, в транзисторе при работе от импульсных сигналов, почти в 40 раз (время разогрева транзистора без теплонакопителя в корпусе ТО-3 мощностью 32 Вт 1с, с теплонакопителем - 39 с до + 00 С без радиатора).

Использование в качестве тепло- проводника изоляционного материала

.1

с хорошей ТСМТЛОГФОВОП11МОСТ1.Ю н теплоемкостью (например, алмаза или сапфира), но не проводящего электрический ток - изолятора, позволит за счет удаления слюды, изолирующей теплона- копитель-теплорасгпиритель от радиатора еще больше повысить эффективность за счет уменьшения общего теплового сопротивления,

С помощью предлагаемого полупроводникового блока с указанными размерами теплопроводника можно повьшать иадежность в 100 и более раз. Расчет не учитывает |объемное накопление теп

f 23 j4

ла R теплонякопителе, что даст еще бо.пьший эффект.

Формул а изобретения Полупроводниковый блок, состоящий из полупроводникового кристапла п корпусе, установленного на радиаторе через изолятор и твпАопроводник, о т- личающийся тем, что, с це10 лью повышения надежности работы в импульсном режиме, теплопроводник имеет толщину не менее двух длин кристалла, а площадь поперечного сечения теплопроводкика больше ппоцади

5 поперечного сечения кристалла не менее, чем в 100 раз.