CN2172914Y - 4000伏高压晶闸管 - Google Patents

Abstract

本实用新型属相控电力电子器件，采用带短路点 的中心放大门极、短路点在阴极内圆附近第一排布置 成环形，其它部位布置成正三角形的光刻板。表面造 型通过磨角和旋转腐蚀形成类台面，在一定的扩散结 深和表面方块电阻的配合下，技术指标达到了断态及 反向重复峰值电压4200伏，通态平均电流800A，通 态电流临界上升率(di/dt)最高达300A/μs，断态 电压临界上升率(dv/dt)达2500V/μs，通态峰值电 压＜2.60V。可适用于冶金轧钢、矿山卷扬、提升机等 交直流传动系统以及冶炼、电解机车牵引等晶闸管装 置。

Description

本实用新型属电力电子技术领域，涉及一种交直流调速相控晶闸管。

目前国内制造的3000伏晶闸管（通态平均电流≤1000A），其动态特性欠佳，di／dt额定值在100A／μs，且提高di／dt耐量与dv／dt不能同时兼顾。4000伏晶闸管国内仅有极少数的几个厂家能够制造，其动态特性基本上与3000伏晶闸管相同。国外同类元件其di／dt耐量也在同一水平上，仅有为数极少的几家公司的产品di／dt额定值大于100A／μs，但价格昂贵。

本实用新型的目的在于提供一种di／dt和dv／dt耐量高，能在比较恶劣的环境下工作，性能稳定可靠的高压晶闸管，具有结构简单、动态特性好，容易制作，成本低的优点。

本实用新型是这样实现和实施的，晶闸管的光刻板采用带短路点的中心放大门极结构（1），阴极上近门极第一排短路点布置成园形2的形式，阴极其它区域布置成正三角形3、见图1。这种结构使元件的制作和封装十分方便。由于器件的耐压高、电流容量大，承受高di／dt时初始导通区的温度很高，故采用较大的阴极内园直径以增大初始导通面积，减少单位初始导通面积上的功耗密度，从而提高了器件的di／dt耐量。增大阴极内园以后将导致流向阴极第一排短路点的位移电流密度增大，使器件承受dv／dt的能力下降。为解决这个问题可将第一排短路点移近阴极内园，以兼顾di／dt和dv／dt的要求，在放大门极上布置短路点，可调整门极触发电流和放大门极的dv／dt耐量，并缩器件的关断时间。原始硅材料采用区熔NTD单晶硅片，电阻率ρ＝185～215Ω·cm，无位错，τρ≥100μs，D₁＝60mm，H＝930±10μm。一次扩散表面方块电阻R_S1＝40～60Ω／□，结果Xj1＝110～120μm，少子寿命τρ≥33μs；二次扩散表面方块电阻R_S2＝0.3～0.5Ω／□，结深X_j2＝17－21μm，τρ≥33μs。根据一次扩散表面方块电阻R_S1和结深X_j1，调整二次扩散结深X_j2，使P₂区薄层电阻控制在200Ω／□左右，见图2，保证了元件既有良好的通态特性，又有很好的高温阻断能力和高的dv／dt耐量。烧结用高纯铝薄，厚度0.035mm，阳极衬底采用双面精磨钼园片。表面造形正斜角α₁＝30°，负斜角α₂＝50′，采用旋转腐蚀形成类台面形状，腐蚀深度h≈80μm（图3）。旋转腐蚀时结片高速旋转，喷嘴A₁喷HF和HNO₃（发烟）的混合酸，喷嘴A₂在喷酸结束时立即喷水（图4）。结片腐蚀后用硅橡胶进行保护，真空烘干。元件封装时进行200小时的老化处理。

本实用新型的4000伏高压晶闸管断态及反向重复峰值电压可达4200伏，di／dt可达300A／μs，dv／dt可达2500v／μs、通态平均电流为800A。可在冶金轧钢、矿山卷扬、提升机等交直流传动系统以及冶炼、电机励磁、机车牵引等晶闸管装置上广泛应用，特别适用于目前日益增加的1000～1200V电机的交直流调速、不须串联，可缩小装置体积，降低成本并提高装置的可靠性。

附图1光刻板结构示意图

附图2硅片刻面图

附图3结片剖面图

附图4旋转腐蚀示意图

Claims (2)

1、一种4000伏高压晶闸管，包括硅片，光刻板和结片，其特征在于：

ⅰ)硅片一次扩散表面方块电阻RS₁，为40～60Ω/□，

结深X_j1为11～120μm，二次扩散表面方块电阻R_S2为0.3～0.5Ω/□，结深X_j2为17～21μm，P₂区(5)方块电阻约200Ω/□。

ⅱ)光刻板采用带短路点的中心放大门极(1)，阴极上近门极的第一排短路点布置成图形(2)，阴极其它区域布置成正三角形(3)，阴极内园直径0=15.2mm(4)

ⅲ)结片边缘轮廓采用类台面造形，正斜角α1=30°，负斜角α2=50′，类台面腐蚀深度h≈80μm，表面保护材料(6)为硅橡胶。

2、根据权利要求1所说的4000伏高压晶闸管其特征在于硅片的原始材料采用区容N_TD，电阻率ρ＝185～215Ω·cm。厚度H＝930±10μm，无位错，少子寿命即≥100μs，直径D₁＝60mm～的N型单晶硅片。

Images