Силовой полупроводниковый прибор Советский патент 1993 года по МПК H05K7/20 H01L25/00 H01L23/48 

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобра-- зовзтелыюй технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии.

Целью изобретения является повыше- ние нагрузочной способности и надежности силового полупроводникового прибора, охлаждаемого жидким диэлектриком.

Изобретение поясняется фиг.1. 2 и 3.

Силовой полупроводниковый прибор, охлаждаемый жидким диэлектриком, имеет кремниевую пластину 1. содержащую один или несколько p-n-переходов. Пластина размещена в герметичном корпусе 2 и омывается проточным жидким диэлектриком 3,

Анодная и .катодная поверхности пластины имеют покрытие 4 из мягкого эластичного материала с противоламинарными вертикальными наплывами 5, имеющего температуру плавления на 10-15°С выше, чем максимально допустимая температура р-п- перехода. Кремниевая пластина расположена между теплоотводами 6, оребренными штырьками 7.квадратного сечения. Штырьки выполнены частично полыми, их полости заполнены жидким высокотеплопроводным металлом 8. На полой части штырьков имеются мембранные демпфирующие устройства 9. Штырьки теплоотводов расположены в шахматном порядке.

Силовой полупроводниковый прибор работает следующим образом.

а к:

g

а

При прохождении силового электрического тока через полупроводниковый прибор в обьеме кремниевой пластины 1 выделяется мощность тепловых потерь, которая передается металлическим покрытиям со стороны анодЗ и катода, и далее к штырькам 7 теплоотводов 6, которые омываются проточным жидким диэлектриком 3, например фреоном 113, протекающим внутри герметичного корпуса 2. Мощность теп- Ловых потерь эффективно отводится бт поверхностей металлических покрытий -и .поверхностей штырьков, которые (покрытия и штырьки) имеют температуру, близкую к температуре p-n-перехода, за счет конвек.дивного теплообмена или теплообмена при кипении жидкого диэлектрика. Противолэ- мйнарные наплывы 5 на металлических покрытиях, шахматное расположение контактов штырьков с покрытиями, квадратное сечение штырьков также повышают эф- фективность охлаждения за счет турбулизации потока жидкого диэлектрика около охлаждаемых поверхностей металлических покрытий и штырьков. Силовой электрический ток подводится к полупроводниковой структуре через частично полые штырьки теплоотводов, заполненные жидким.металлом 8, например сплавом калия и натрия (25% № + 75% К), и металлические покрытия кремниевой пластины со стороны анода и катода. Ток к металлическим покрытиям от штырьков подводится дискретно,, в местах контактов штырьков-с поверхностью покрытий. Но далее ток растекается по толщине металлических покры.тий и достигает кремниевой пластины практически равномерно по всей площади пластины, т.е. при этом отсутствуют локальные перегревы структуры. При работе кремниевая пластина нагревается, в ней

. возникают термические напряжения, вызывающие изгиб пластины. Для исключения разрушения пластины металлические покрытия выполняются из материала с температурой плавления на 10-15°С выше,-чем максимально допустимая температура р-п-. перехода прибора, например из индия для тиристоров и, сплава рлово-свинец диодов. При приближении температуры структуры к максимально допустимой материал покрытия размягчается (но не плавится) и не препятствует изгибу кремниевой пластины. Чтобы штырьки не препятствовали изгибу

1 пласт15ны,ани .имёю т мембранное демпфирующее устройство 9. которое сжимается или разжимается зависимости от изгиба..

0

5

0

пластины, Жидкометаллическое высокотеплопроводное заполнение не препятствует сжиманию или разжиманию демпфирующих устройств, не нарушает теплопроводя- щих и электропроводящих функций штырьков. Контактирование штырьков с металлическим покрытием пластины в шахматном порядке способствует наряду с наличием квадратного сечения штырьков и противоламинарных наплывов интенсификации Охлаждения за счет турбулизации потока жидкого диэлектрика.

Использование предлагаемого техниче- ского решения по сравнению с известными- позволяет увеличить нагрузочную способность и надежнос ьь силовых полупроводниковых приборов, охлаждаемых жидкими диэлектриками, за счет интенсификации теплоотвода и электроподвода.

5

0

Формула изобретения

1. Силовой полупроводниковый прибор, содержащий гермет.ичный корпус, омываемый жидким диэлектриком, теплоотводы и кремниевую пластину с p-n-переходами и с анодной и катодной поверхностями, размещенную в герметичном корпусе, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности и расширения эксплуатационных возможностей путем увеличения нагру- зочной способности, те плоотводы снабжены демпфирующими элементами в виде мембран и выполнены с частью полых штырьков квадратного поперечного сечения которые частично, заполнены жидким высокотеплопроводным материалом, причем анодная и катодная поверхности кремниевой пластины покрыты слоем мягкого эластичного металла с вертикальными про- тиволаминарными наплывами, кремниевая пластина расположена между теплоотвода- ми со стороны их штырьков, а мембраны демпфирующих элементов установлены на полых штырьках теплоотводов.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что указанные выше штырьки расположены с возможностью контактирования со слоем покрытия анодной и катодных поверхностей кремниевой пластины в шахматном порядке одни относительно других соответственно.

3. Прибор по п.1. .отличающийся тем, что в качестве металла слоя покрытия кремниевой пластины использован металл с 5 температурой плавлв44и Јна 10-15°С иышет - чем максимально допустимая температура p-n-переходов кремниевой пластины.

5

0

5

0

Вход

Изобретение относится к электротехнике, а именно к полупроводниковой преобра- зовательной технике, и может быть использовано в статических преобразователях электрической энергии. Сущность изобретения: с целью повышения нагрузочной способности и надежности силового полупроводникового прибора, охлаждаемого жидким диэлектриком, он имеет кремние2 вую пластину, содержащую один или не сколько p-n-переходов. Пластина размещена в герметичном корпусе и омывается проточным жидким диэлектриком. Анодная и катодная поверхности пластины имеют покрытие из мягкого эластичного материала с противоламинарными вертикальными наплывами, имеющего температуру плавления на 10-15°С выше, чем максимально допустимая температура р-п-перехода. Кремниевая пластина расположена между теллоотводами, оребренными штырьками квадратного сечения. Штырьки выполнены частично полыми, их полости заполнены жидким высокотеплопроводным металлом. На полой части штырьков- имеются мембранные демпфирующие устройства. Штырьки теплоотводов расположены в шахматном порядке. 2 з.п. ф-лы. 3 ил.

Фиг.г