Полупроводниковое устройство Советский патент 1976 года по МПК H01L23/36 

(54) ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО

пример, до 5 мм. Однако лучший эффект при тонкой стенке, предпочтительно толщиной 0,05 - 1 мм и подогнанной к поверхности полупровсдпикового элемента.

Стенка контейнера может быть подвижной потому, что другие стенки контейнера неподвижлы.

В этсм случае подвижная стенка состоит из тонкой мембраны. Подвижная стенка имеет толщину 0,05 - 2 мм, преимущественно 0,05 - 1 мм.

Охла;-кдающей й :идкостью может быть вода, масло или .газ, например воздух. Давление ох;1аждающей жидкости должно быть 10 - 5оО кгс/см, преимущественно 50 - 500 кгс,см. Желательно, чтобы охлаждающая жидкосгь проходила непрерывно через контейнер, но оиа может подаваться в контейнер и В1дходить из него периодически.

Кроме полупроводниковой пластинки, например кремниевой или германиевой, полупроводьйковый элемент может иметь, по крайней мере, одну опорную пластину из молибдена, вольфрама или другого материала, имеющего примерно одинаковый коэффициент расширения с материалом полупроводниковой пластинки. Однако возможно, чтобы кроме полупроводниковой пластинки, полупроводниковый элемент состоял только из тонких металлических слоев, расположенных на одной или обеих сторонах полупроводниковой пластинки и наносимых путем испарения, распыления катода или электролитического покрытия. Металлические слои могут быть получены в соединении с введением примесей в полупроводниковую пластинку или путем отдельного последующего процесса. Эти слои могут быть образованы из золота, серебра, меди, алюминия, никеля, свинца, индия или сплавов, содержащих один из этих металлов. Полупроводниковый элемент может также состоять только из полупроводниковой пластиной, но в этом случае требуется, чтобы пластинка имела слои с высоким содержанием примесей на поверхности.

Предомагаемое устройство может охлаждаться с одной или обеих сторон.

Для удобной герметизации подвижная стенка контейнера может упираться непосредственно в полупроводниковый элемент без применени5. промежуточных деталей. Таким образом .;ежду полупроводниковым элементом и подвижной стенкой достигается, особенно хорощи:; электрический и тепловой контакт.

Благодаря равномерной нагрузке на полупроводник изобретение может быть использовано 3 полупроводниковых устройствах, не имеющих опорных пластин. Из-за отсутствия опорньи: пластин между полупроводниковой пластин :.ой и подвижной стенкой достигается хорощиГ: контакт. В этом случае полупроводниковьп; элемент состоит только из полупроводниковой пластинки с тонкими металлическими слоями на поверхности. Это, например, тонкие поверхностные слои, образованные при легировании металлами, например, сплавами золота и сурьмы и алюминия, или ири диффузии легирующих присадок, например мышьяка и галлия.

Па фиг. 1 представлено предлагаемое полупроводниковое устройство, , охлаждаемое только с одной стороны, разрез; на фиг. 2 и 3 - то же, разрез, охлаждение с обеих сторон.

В полупроводниковом устройстве, показанном на фиг. 1, круглая кремниевая пластинка 1 типа P-N-N -J- со слоем алюминиевого припоя (не показан) на нижней поверхности припаяна к опорной пластине 2, изготовлениой из молибдена или другого материала, имеющего примерно такой же коэффициент теплового расширения, как у кремния. Па ее верхней новерхности образован контакт в виде слоя 3 из сплава золота и

сурьмы. Полупроводниковый элемент, состоящий из элементов 1, 2, 3, герметически заделан в корпус, имеющий основание 4, например, из меди, которое служит соединительным элементом, и деталь в виде крышки, состоящую из двух колец 5 и 6, например, из меди или сплава железа и никеля, кольца 7 из изолирующего материала, например фарфора, и металлическую крышку 8 из меди или стали. Па крыщке закреплена чашеобразная.

деталь 9, имеющая сильфон из меди или нержавеющей стали, таким образом нижняя стеика 10 перемещается в вертикальном направлении и может ирижиматься к иолупроводниковому элементу. Крышка 8 и чашеобразная деталь 9 образуют контейнер с полостью 11. Пижняя стенка 10, т. е. стенка контейнера, имеет толщину 1,5 мм. Чашеобразная деталь, которая является соединительным элементом, имеет стенку толщиной 0,5 мм.

Полость 11 образована впускным отверстием 12 и выпускным отверстием 13 для охлаждающей жидкости, например масла или воды, которая циркулирует через полость для охлаждения полупроводниковой пластинки и

прижимает стенку 10 к полупроводниковому элементу. Давление жидкости в контейнере равно 150 кгс/см.

Охлаждающая жидкость подается в полость И по направлению к центральной части нижней стенки по трубе 14. Различные детали полупроводниковых устройств крепят друг к другу пайкой, сваркой или сваркой давлением. Полупроводниковый элемент не крепят к основанию 4 или к нижней стенке 10,

а он удерживается в контакте с ним только за счет прижатия нижней стенки контейнера к полупроводниковому элементу во время циркуляции охлаждающей жидкости. Ток подключается к деталям 4 и 8.

Полупроводниковый элемент, показанный на фиг. 2, герметически закрыт в корпусе, состоящем из двух тонких металлических пластии 15 и 16, например из меди или железоникелевого сплава, которые припаяны к

кольцу 17 из изолирующего материала, например фарфора, с помощью припоя из серебра и меди. Но обеим сторонам полупроводникового элемента расположены цилиндрические контейнеры 18 и 19 для охлаждающей жидкости, которые изготовлены, например, из стали. Их днища имеют форму тонких медных мембран 20 и 21, припаянных к стальному контейнеру с помощью припоя из меди и серебра. Толщина стенки мембраны 0,5 мм. Охлаждающая жидкость, например вода, масло или воздух, входит через отверстия 22 и 23, выходит через отверстия 24 и 25. Давление охлаждающей жидкости 150 кгс/см.

Два коптейнера удерживаются на соответствующем расстоянии один от другого несколькими болтами 26 из изолирующего материала, расположенными во фланцах 27 и 28 вокруг контейнеров. Контакт между полупроводниковым элементом и мембранами 20 и 21 достигается только за счет давления охлаждающей жидкости. Ток можно подводить к контейнерам 18 и 19 или к специальным соединительным медным проводникам, которые соединены с мембранами 20 и 21.

В устройстве на фиг. 3 полупроводниковая кремниевая пластинка 29 типа P-N-P-N на одной стороне имеет алюминиевый контакт, напаянный в виде тонкого слоя 30, а на другой стороне контакт из сплава золото-сурьма, припаянного в виде топкого слоя 31. Контейнеры 32 и 33 имеют днища в форме мембран с толщиной 0,2 мм, которые упираются прямо в контакты 30 и 31 полупроводниковой пластинки без промежуточных опорных пластин. Топкие мембраны в комбинации с давлением, жидкости или газа позволяют применять нолунроводниковую нластинку без опорных пластин, поэтому возможность повреждения полупроводниковой пластинки в результате неравномерной нагрузки является .минимальной. Полупроводниковая пластинка

герметизирована, так как контейнеры имеют фланцы 34 и 35 по своим поверхностям вокруг обшивки, которые припаяны к фарфоровому кольцу 36, например, посредством припоя из сплава медь-серебро. Давление воды может быть 150 кгс/см1 Фланцы и болты из изолирующего материала для крепления контейнеров в соответствующих ноложениях друг относительно друга имеют конструкцию, аналогичную описанной. Управляющий электрод 37 тиристора проходит через отверстие в фарфоровом кольце, причем зазор вокруг управляющего электрода герметически уплотнен и соединен с проводником 38.

Формула изобретения

1.Полупроводниковое устройство, содержащее вынрямительный элемент и систему его припудительиого охлаждения, выполненную в виде контейнера, установленную, по крайней мере, с одной его стороны и прижатую к выпрямительному элементу, отличающееся тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и обеспечения равномерной механической нагрузки выпрямительного элемента, одна из стенок охлаждающей системы, находящаяся в механическом контакте с выирямительным элементом, выиолнена подвижной.

2.Устройство но и. 1, отличающееся тем, что подвижная стенка выполнена в виде мембраны, например, из металла.

3.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что охлаждающей средой является жидкость, например вода, масло.

4.Устройство по н. 3, отличающееся тем, что давление охлаждающей жидкости равно 10 - 500 кг/см.

5.Устройство по пп. 1 и 2, отличающееся тем, что охлаждающей средой является воздух.

Г/

/ / / 3 1 г

Фуг. 1

22

Л& -24

-П

-25 -19