ПОЛУПРОВОДНИКОВЫЙ ДИОД Советский патент 1996 года по МПК H01L23/52 

Изобретение относится к области полупроводниковых приборов, в частности к полупроводниковым диодам, и может быть использовано в преобразовательной, усилительной технике и устройствах автоматики.

Известны полупроводниковые точечные диоды, содержащие прижимной металлический контакт к поверхности полупроводниковой пластины, жестко присоединенной к внешнему выводу. Прижимной контакт выполнен в виде заостренной иглы, поэтому выпрямление тока осуществляется на контакте "металлический зонд-полупроводник" или в пластине полупроводника на p-n переходе вблизи зонда. Вследствие малой площади контакта недостатком этих приборов является отсутствие возможности выпрямлять большие токи. При повышении выпрямленного тока выше максимально допустимой величины, выпрямляющий контакт разрушается и диод выходит из строя. Диод используется для выпрямления малых переменных токов.

Наиболее близким техническим решением является полупроводниковый диод, содержащий корпус с расположенным на его основании полупроводниковой пластиной с плоскостным p-n переходом и контактной площадкой, к которой прижат S-образный пружинный вывод, соединенный с изолированно укрепленным в корпусе внешним выводом.

Вследствие большой площади p-n перехода и контактной площадки, диод может работать при достаточно больших токах. Вместе с тем при увеличении тока выше допустимого значения, полупроводниковая пластина разогревается и p-n переход разрушается, что приводит к выходу диода из строя. Использование специальных мер охлаждения сильно удорожает прибор и при случайном характере превышения тока экономически нецелесообразно.

Известный диод может использоваться только для выпрямления переменного тока.

Целью изобретения является повышение срока службы и расширение функциональных возможностей.

Цель достигается тем, что в полупроводниковом диоде, содержащем корпус с расположенным на его основании полупроводниковой пластиной с плоскостным p-n переходом и контактной площадкой, к которой прижат S-образный пружинный вывод, соединенный с изолированно укрепленным в корпусе внешним выводом, между контактной площадкой и S-образным пружинным выводом расположена жестко соединенная с ним и закрепленная на торцах биметаллическая пластина.

Целью изобретения является также регулирование чувствительности к тепловому воздействию.

Эта цель достигается тем, что биметаллическая пластина соединена с регулировочным винтом, вмонтированным в корпус.

Изобретение поясняется чертежом, где на фиг.1 схематично изображен диод, а на фиг.2 диод с вмонтированным в его корпус светодиодом.

Диод содержит полупроводниковую пластину 1 с выпрямляющим p-n переходом и контактной площадкой, расположенную на основании 2, упругий S-образный токоподводящий вывод 3, верхним концом жестко присоединенный к внешнему изолированному от корпуса выводу 4, нижним концом к биметаллической пластине 5, которая закреплена на торцах во фторопластовых держателях 6, корпус 7 и винт для регулирования степени прогиба биметаллической пластины 8.

Полупроводниковый диод работает следующим образом. При подаче на диод напряжения в прямом направлении, потенциальный барьер на границе областей полупроводника с электронной и дырочной проводимостью снижается и через диод течет прямой ток, величина которого зависит от величины приложенного напряжения. Если величина тока в цепи диода превысит максимально допустимое значение, полупроводниковая пластина разогревается выше допустимого уровня, температура внутри корпуса диода повысится и биметаллическая пластинка, резко прогибаясь в обратную сторону, разрывает контакт токоподвода с контактной площадкой полупроводниковой пластины (на фиг.1 показано пунктирной линией), диод отключается. При охлаждении полупроводниковой пластины и снижении температуры внутри корпуса диода до допустимого уровня, биметаллическая пластинка резко возвращается в первоначальное положение, подключая токоподвод к контактной площадке, тем самым восстанавливается электрическая цепь. Чувствительность полупроводникового диода к повышенной величине тока можно изменять регулировочным винтом, изменяя степень прогиба биметаллической пластины, то есть ее чувствительность к тепловому воздействию.

Для исключения искрения и подгорания в месте контакта биметаллической пластины с контактной площадкой полупроводника и падения напряжения на биметаллической пластине, материалы, из которых выполнена пластина, должны быть достаточно низкоомными, тугоплавкими и коррозионно устойчивыми. Размеры биметаллической пластинки и S-образного токоподвода рассчитываются с использованием стандартных методик и с учетом электрофизических характеристик используемых материалов, а также габаритных размеров полупроводникового диода.

Использование биметаллической пластины в качестве прижимного контакта при небольшом изменении конструкции корпуса диода обеспечивает возможность быстрого выявления перегруженного диода в общей электрической схеме, конструкция которого изображена на фиг.2. В отличие от конструкции фиг.1 в корпусе диода смонтирован светодиод 9 с изолированным от корпуса внешним выводом 10. В этом случае при превышении величины тока во внешней цепи максимально допустимого значения, биметаллическая пластина, резко прогибаясь разрывает контакт токоподвода с контактной площадкой диода и одновременно замыкает контакты со светодиодом. Светящийся светодиод сигнализирует о нарушении режима работы полупроводникового диода. Тем самым снижается трудоемкость при выявлении перегруженного диода. Исключение перегорания светодиода при подключении к нему большого сигнала обеспечивается внешней схемой светодиода.

Выполнение полупроводникового диода согласно изобретению позволяет увеличить срок службы диода, что обусловлено его способностью отключаться от внешней цепи при превышении тока во внешней цепи выше максимально допустимого уровня, что предохраняет его от перегорания.

Наряду с выпрямлением переменного сигнала, полупроводниковый диод также может работать в качестве теплового реле. Его преимуществом по сравнению с обычными контактными тепловыми реле на основе биметаллов является выпрямление протекающего через диод тока, что значительно упрощает исполнительную электронную схему реле, так как исключает необходимость применения специальных выпрямительных элементов.

Использование диода в качестве теплового реле расширяет его функциональные возможности.

Наряду с этим трудоемкость и материалоемкость в процессе изготовления диода увеличиваются незначительно, так как при его изготовлении не требуется дорогостоящего специального оборудования и материалов.

1. Полупроводниковый диод, содержащий корпус с расположенной на его основании полупроводниковой пластиной с плоскостным p-n переходом и контактной площадкой, к которой прижат S-образный пружинный вывод, соединенный с изолированно укрепленным в корпусе внешним выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы и расширения функциональных возможностей со стороны контактной площадки, S-образный вывод жестко соединен с биметаллической пластиной, закрепленной на торцах.

2. Полупроводниковый диод по п.1, отличающийся тем, что, с целью регулирования чувствительности к тепловому воздействию, биметаллическая пластина соединена с регулировочным винтом, вмонтированным в корпус.

1. Полупроводниковый диод, содержащий корпус с расположенной на его основании полупроводниковой пластиной с плоскостным p-n переходом и контактной площадкой, к которой прижат S-образный пружинный вывод, соединенный с изолированно укрепленным в корпусе внешним выводом, отличающийся тем, что, с целью повышения срока службы и расширения функциональных возможностей со стороны контактной площадки, S-образный вывод жестко соединен с биметаллической пластиной, закрепленной на торцах. 2. Полупроводниковый диод по п.1, отличающийся тем, что, с целью регулирования чувствительности к тепловому воздействию, биметаллическая пластина соединена с регулировочным винтом, вмонтированным в корпус.