Транзистор Советский патент 1986 года по МПК H01L21/98 

на изоляционных прокладках выполнены изолированные от электродов токрпроводящие площадки, к которым присоединены соответствующие выводы транзисторных структур, а предохранители выполнены в виде отрезков калиброванных проводников, соединяющих указанные токопроводящие площад ки с соответствующими электрода ми.

5.ТРАНЗИСТОР, содержащий Nтранзисторш 1Х структур, установленных на теплоотводящей пластине, являющейся коллекторным электродом, при этом выводы структур соединены соответственно с пластинчатыми базовым и эмиттерным электродами, имеющи в внешние токосъемы, о г л и ч а ю и и А с я тем , что, с целью уменьшения индуктивности, базовый и эмкттерный электроды расположены в разных плоскостях, разделены изоляционными прокладка и в них выполнены отверстия, через которые проходят выводы транзисторных структур, при этом указанные электроды идентичны по форме и размерам коллекторному электроду. 2. Транзистор по П.1, о т л и ч а ю щ и и с я тем, что эмиттерный этЕектрод расположен между коллектор-Чьм и базовым электродами. 3. Транзистор по пп. 1, 2,о т личающийся тем, что, с целью уменьшения теплового сопротивления при одновременном повышении - механической прочности, в него введена дополнительная теплопроводящая пластина, соединенная с основной пластиной стойками, расположенными по контуру транзистора и в отверстиях электродов и изоляционных прокладок. 4.Транзистор по пп. 1, 2, отличающийся retif что, с целью повышения К1Щ электродные пластины выполнены в форме прямоугольника, по длинным сторонам которого расположены внешние TOKoctefw, при этом, соотношение сторон электродов состав-j пяет от 1 до 3. 5.Транзистор по пп. 1-4, о т личающийся тем, что, с целью повышения надежности при работе транзистора в режиме переклкгчения, в базовую и змиттерную цепь каждой транзисторной структуры включен пред-) охранитель, а количество транзисторных структур N определено из условия: Б N i п f где п - функционально-необходимо количество структуру А - интенсивность отказов транзисторной структуры с учетом надежности соответствующих ; предохранителей , Т - ресурс работы транзистора Г - длина пластин. 6. Транзистор по пп. 1-5, отличающийся тем, что, с целью уменьшения габаритов к массы.

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов и может найти применение для бесконтактных коммутаций токов, в частности при создании транзисторных преобразователей постоянного напряжения, силовых бесконтактных реле и переключателей, регуляторов, стабилизаторов, усилителей. Для увеличения допустимого тока транзистора его выполняют в виде ря параллельно включенных транзисторны структур. Известен транзистор, выполненный на шести параллельно вклю ченных транзисторных структурах. В нем транзисторные структуры размеще ны на общей теплоотводящей пластине служащей коллекторным электродом транзистора, а базовые и эмиттерные электроды с токосъемами выполнены в виде отдельных шин, к которым подсоединены соответствующие выводы каждой транзистор ной структуры. Такая конструкция обладает рядом существенных недостатков. Выполнени базовых и эмиттерных электродов в виде шин, разнесенных в пространстве, вносит в цепи транзистора паразитную индуктивность, которая тем больше, чем больше линейные размеры транзистора. Кроме того, такое расположение шин, с последующей заливкой компаундом, создает неблагоприятные условия для охлаждения конструкции. Практически, теплоотводящей поверхностью является только одна сто рона коллекторного электрода, что обусловливает относительно высокое тепловое сопротивления транзистора и низкую нагрузочную способность. Известен транзистор, содержащий N-транзисторных структур, установленных на теплоотводящей пластине, являющейся коллекторным электродом, при этом выводы структур соединены с пластинчатыми базовым и эмиттерным электродами, соединенными с внешними токосъемами. В этой конструкции базовые и эмиттерные выводы транзисторных структур соединены с соответствующими электродами транзистора проводниками с распределенными индуктивностями. Электроды транзистора размещены на изоляционной теплоотводящей подложке и расположены в одной плоскости в непосредственной близости друг от друга. Для .компенсации индуктивности проводников в цепь каждой транзисторной структуры введен конденсаторный элемент, включенньй соответствующим образом между базовым и эмиттерным электродом. Соединение выводов транзисторных структур с электродами транзистора в такой конструкции требует применения относительно длинных проводников,обладающих значительной индуктивностью. Введение же конденсаторных элементов для ее компенсации эффективно только в диапазоне резонансных частот и вносит ряд технологических усложнений. Кроме того передача тепла от транзисторных структур в теплоотводящей подложке осуществляется через промежуточную пластину, вносящую дополнительное тепловое сопротивление и значительно ухудшающую условия охлаждения. Целью изобретения является умень шение индуктивности Цель достигается тем, что базовый и эмиттерный электроды расположены в разных плоскостях, разделены изоляционными прокладками и в них выполнены отверстия через которые проходят выводы транзисторных с тру к. тур, г.ри этом указанные электроды идентичны по форме и размерам коллекторному электроду. Цель достигается также тем, что эмиттерный электрод расположен между коллекторным и базовым электродом. Еще одной целью изобретения является уменьшение теплового сопротивления при одновременном повышеНИИ механической прочности. Эта цель достигается тем, что в транзистор введена дополнительная теплоотводящая пластина, соединенная с основной стойками, расположенными по контуру транзистора и в отверстиях электродов и изоляционных прокладок. Еще одной целью изобретения явля ется повышение КПД. Эта цель достигается тем, что электроды выполнены в форме прямоугольника, по длинным сторонам кото рого расположены внешние токосъемы при этом соотношение сторон электро доз составляет от 1 до 3. Еще одной целью изобретения является повышение надежности при работе транзистора в режиме переключе ния. Эта цель достигается тем, что в базовую и эмиттерную цепь каждой транзисторной структуры включен предохранитель, а количество транзисторных структур N, определено из условия N i n.l где п - функционально необходимое количество структуру - интенсивность отказов транзисторной структуры соответ .ствуюдих предохранителей, Т - ресурс работы .транзистора. Кроме того, целью изобретения яв ляется уменьшение габаритов и веса Эта цель достигается тем, что на изоляционных прокладках выполнены изолированные от электродов токопроводящие площадки, к которым присоединены соответствующие выводы транзисторных структур, а предохра нители выполнены в виде отрезковкалиброванных проводников, соединяю щих указанные токопроводящие площад ки с соответствующими электродами. На фиг. 1 представлен общий вид одной из возможных конструкций транзистора; на фиг. 2 - вид транзистора со стороны токосъемовi на фиг. 3 - разрез транзистора по А-А на фиг.1; на фиг. 4 - график, показьшающий относительную длину монтажных линий от отношения сторон прямоугольника и места расположения токосъемов. Транзистор содержит теплоотводящую пластину 1, являющуюся коллекторным электродом и выполненную из электропроводящего материала, транзисторные структуры 2, токосъемы: коллекторный 3, эмиттерный А, базовый 5, базовый и эмиттерный электроды 6 и 7, изоляционные прокладки 8 и 9 между ними. Транзисторные структуры 2 закреплены на теплоотводя- щей пластине 1 и назодятся с ней в тепловом контакте. Коллекторные выводы транзисторных структур 2 присО единены к теплоотводящей пластине 1. Теплоотводящая пластина 1 и электроды 1, 6 и 7 присоединены соответственно к коллекторному 3, эмиттерному 4, базовому 5 токосъемам. В электродах 6 и 7 выполнены отверстия 10. На изоляционных прокладках 8 и 9 соответственно в плоскостях электродов 6 и 7 размещены дополнительные токопроводящие площадки 11. К этим площадкам прикреплены соответственно эмиттерные 12 и базовые 13 выводы транзисторных структур 2 и концы отрезков калиброванных проводников 14 и 15, служащих предохранителями. Другие концы отрезков калиброванных проводников подсоединены к соответствующим электродам б и 7, На плоскости теплоотводящей пластины выполнены же с 1кие теплоотводящие стойки 16, проходящие через монтажные отверстия 10 в электродах 6 и 7, и по контуру теплоотводящей пластины 1 вьтолнены теплопроводящие ребра 17 жесткости. К стойкам 16 и ребрам 17 жесткости присоединена жестким теплопроводящим контактом дополнительная теплоотводящая пластина 18, Уменьшение индуктивности в Цепях транзистора достигнуто благодаря введению электродных пластин 6 и 7, образующих с теплоотводящей коллекторной пластиной 1 многослойную структуру, в которой указанные пластины разделены изоляционными прокладками 8 и 9. Поскольку в эмиттер ной пластине 6 ток течет в противдположном направлении по отношению к току коллекторной пластины 1, то он образуют биффилярную линию, индукти ность которой с достаточной для прак тики точностью определяется соотношением:где о магнитная проницаемость из ляционных прокладок, S - расстояние между пластинами h - ширина пластин; 1 - длина пластин. Из соотношения (1) видно, что ин дуктивность становится тем меньше, чем меньше длина пластин 6 , и чем меньше отношение Поскольку в таком транзисторе электродные пластины максимально при ближены друг к другу, то такая конструкция обеспечивает минимальную индуктивность цепей транзистора. Кроме того, наличие в электродньк пластинах монтажных отверстий 10 по зволяет соединять выводы 12, 13 тра зисторных структур 2 с пластинами 6 и 7 кратчайшим путем, что также спо собствует уменьшению индуктивности цепей транзистора и упрощает технологию его сборки. Применение электродных пластин, имеющих достаточно большую поверхность охлаждения, позволяет значительно уменьшить тепловое сопротивление транзистора. Дальнейшее уменьшение индуктивности в цепях транзистора получено путем расположения электродных плас тин в многослойной структуре в следующем порядке: коллекторная 1, эми терная 6, базовая 7. Поскольку в ко лекторной и базовой пластинах ток течет в противоположном направлении по отношению к току эмиттерной плас тины, то такое расположение обеспечивает максимальное приближение пластин с взаимопротивоположным направлением токов и, в силу указанны вьш1е причин, их минимальную индукти ность. Введение токопроводящих площадок 11, расположенных на изоляционных прокладках 8 и 9 в плоскостях базовой и эмиттерной электродных пластин и применение предохранителей 14 и 15 в виде калиброванных проводников, приводит к увеличению плотности монтажа и уменьшению массо-габаритных Показателей транзистора. Введение теплопроводящих стоек 16, расположенных в нескольких местах на теплоотводящей коллекторной пластине 1, ребер 17 жесткости и дополнительной теплоотводящей пластины 18, закрывающей конструкцию, значительно расширяет поверхность охлаждения транзистора. Его тепловое сопротивление уменьшается, а нагрузочная способность растет. Изготовление перечисленных деталей из соответствующего металла, надежно гарантирует транзистор от воздействия внешних электромагнитных полей. При изготовлении транзистора важным фактором является длина коммуникационных линий монтажа, связывающих выводы транзисторных структур с токосъемами. Длина линий зависит от конфигурации конструкции и от расположения в ней токосъема. Уменьшение длины ведет к уменьшению индуктивности рассеяния и дополнительных потерь мощности. Для наиболее распространенной конфигурации прямоугольной формы, на которой размещены п элемен ов, каждый элемент занимает на такой плоскости квадратную форму со стороной а, и электроды ее соединены с токосъемами, монтажными проводниками разной длины в зависимости от его положения на плоскости, npji этом проводники проходят параллельно сторонам прямоугольника, а токосъемы расположены на одной из сторон. Плотность тока в проводниках одинакова. Если на одной из сторон прямоугольника размещается h элементов, а на другой km, то количество транзисторов на« плоскости будет п km где k 1 - коэффициент, определяющий отношение сторон прямоугольника. Пусть токосъем, расположенный на одной из сторон прямоугольника, делит ее в отношении x:(km-x), тогда общая длина (L) соединительных проводов на плоскостиКт-хмL mXI| (2i-1)+ mll|(2j-1) in km II|(2I-1) -r-frr n n(k-H) + j.-i z z T| к L 2х() Взяв частные производные по k и у и приравняв их к нулю, получим 1 2х - № О (4) 1 n(k-l)-2x О (5) Решая (4) и (5) с учетом (2) относительно k и V , имеем k 2, т.е. минимальную длину монтажных лиНИИ будет иметь прямоугольник с отношением сторон 2, с расположением токосъема на середине длинной стороны. Подставив эти значения в уравнение (3) и, взяв его отношение, имеемL (k-H) - + 2х() IS - -- - I 1- График (CM. фиг. 4) построен по уравнению (6), который показывает зависимость относительйъй длины монтажных линий от отношения сторон пря моугольника и места расположения токосъемов. Из графика следует, что наилучшим местом расположения токосъема является середина длинной стороны, (кривая X 0,5 km). Кроме того, учитывая характер указанной за висимости при X 0,5 km, а также принимая во внимание конструктивные соображения и удобство применения транзистора прямоугольной формы, .отношение его сторон необходимо выбирать в пределах от 1 до 3. Это позволяет значительно сократить длину монтажных линий и, следовательно, уменьшить потери в цепях транзистоpa и повысить КПД. Повьш1ение надежности в данной кон струкции достигается благодаря включению предохранителей в цепи базовых и эмиттерных выводов транзисторных структур и выбором количества структур, превышающего на определен138ную величину количество функционально необходимых структур. В этом случае при пробоях отдельных структур предохранители обеспечивают их отключение. Следовательно, отказ избыточного количества структур не приведет к отказу транзистора в целом. Избыточное количество структур, обеспечивающее повышение надежности при увеличении числа структур, определено из закона больших чисел, в соответствии с которым при достаточно большом количестве структур можно записать где m - число транзисторных структур, отказавших за время t, п - количество функционально необходимых структур} m - избыточное количество структур; - интенсивность отказов транзисторной структуры с учетом надежности предохранителей. Если число отказавших структур т меньше числа избыточных транзисторных структур т, то транзистор работает безотказно, а при условии т т, транзистор откажет . Для граничного случая, когда число отказавших транзисторных структур равно числу избыточных структур (), имеем1 п+ш ,Решив это вьфажение относителы.о т, получим nd -1). Поскольку это выражение получено для случая, когда число отказавших структур га равно числу избыточных структур т, то высокая надежность транзистора будет обеспечена при условииm 5 п(1 -1) Следовательно, общее количество транзисторных структур должно выбираться из условия N n+m « n+n(l -1) nl