CS223506B1 - Výkonová polovodičová součástka.se strukturou pro snímání teploty za provozu a způsob Její výroby - Google Patents

Abstract

Předmětem vynálezu je způsob snímání teploty^substrátu zejména výkonové polovodičové součástky, který vyhodnocuje teplotně závislý parametr měrné struktury součástky, tvořený například úbytkem napětí v propustném směru při kons.tatntním měrném elektrickém proudu. Výkonová struktura součástky se připojí do obvodu zatěžovací impedance. V substrátu je vytvořena společně s výkonovpu strukturou měrná struktura s alespoň jedním teplotně závislým parametrem, kde obě struktury jsou navzájem tepelně propojeny materiálem substrátu a elektricky odděleny např. příčíným odporem. Měrná struktura je uspořádáme symetricky v okolí středu výkonové struktury součástky. Měrná struktura je isgojena s akčním obvodem obsahujícím např. převodník teplotně závislého parametru na signál pro řízení obvodu výkonové struktury a vybavovací obvod, připojený svým vstupem k obvodu zatěžovací impedance.

Description

Vynález se týká výkonové polovodičové součástky se strukturou pro snímání teploty za provozu a způsobu její výroby*

Při zatěžování případně chlazení výkonových polovodičových součástek je zapotřebí v současné době používat nutných výkonových reserv, plynoucích z obtížného snímání přípustné teploty PN přechodu součástky. Aby byla vytvořena dostatečná provozní reserva pro krytí výkonových přetížení, která nejsou sohpny stá-, vající výkonové ochrany vybavit, jsou například součástky provoz* ně zatěžovány na nižší teplotu přechodu, což má ovšem za následek snižování hodnot propustného proudu nebo výkonu zařízení, připadne zvýšení počtu použitých polovodičových součástek*

Výkonová polovodičová součástka se strukturou pro snímání teploty za provozu podle vynálezu, odstraňuje uvedené nevýhody a

Spotlto ϊ lem, ze Óast výkonové struktury tvoří měrnou strukturu, oddělenou vertikálním zahloubením o šířce alespoň 0,2 mm, které přerušuje PN přechod v uzavřené křivce*

S výhodou je měrná struktura uspořádána symetricky v okolí středa výkonové struktury součástky*

Podstatou způsobu výroby výkonové polovodičové součástky podle vynálezu je, že vertikální zahloubení je vytvořeno mechanickým opracováním, například tryskáním*

Alternativně je možno vertikální zahloubení vytvořit chemickým opracováním, například leptáním*

223 506

Mezi výhody vynálezu je možno uvést možnost průběžného sledování teploty substrátu výkonové polovodičové součástky a z toho vyplývající zvýšení proudové zatížitelnosti, případ* ně snížení počtu potřebných polovodičových součástek pro danou aplikaci, dále velmi rychlé vybavení proudových a výkonových ochran v závislosti na komparaci teplotně závislého parametru a tím zvýšení životnosti a spolehlivosti výkonových polovodiče* vých součástek* Současně mohou být indikovány i chyby v konstrukčním provedení zapojení výkonových obvodů, například při paralelním chodu výkonových polovodičových součástek*

Výhodou způsobu výroby výkonové polovodičové součástky podle vynálezu je možnost vytvoření měrné struktury na již hotových výkonových polovodičových systémech dle potřeby vybraných například ze sériové výroby. Po vytvoření měrné struktury je mež> no k zapouzdření s výhodou využít pouzder pro tyristory odpovídajících průměrů noi.ovodičových systémů.

líto výkresu je schematicky znázorněna výkonová polovodičová součástka v zapojení obvodu pro snímání teploty a na obr. 2 je znázorněn polovodičový systém s měrnou strukturou podle vynálezu.

Výkonová polovodičová součástka obsahuje v jednom substrátu vytvořenou měrnou strukturu 2 a výkonovou strukturu 2 ® mšmou elektrodou první hlavní elektrodou 2 ^a druhou hlavní elektrodou 6« Obě struktury 2, 2 j®^oa navzájem tepelně propojeny materiálem substrátu, například křemíkem a elektricky odděleny příčným odporem mezi měrnou elektrodou £ a první hlavní elektrodou 2, daným technologií výroby polovodičové součástky a majícím s výhodou velmi vysokou hodnotu. Měrná struktura 2, například diodová /může však být tvořena podobně jak© i výkonová struktura 2 i tranzistorovou, případně tyristorovou strukturou/, jo připojena do obvodu zdroje 1 měrného elektrického stejnosměrného proudu, zatímco výkonová struktura 2 polovodičové součástky je připojena do obvodu zatěžovací impedance 8 se zdrojem 7 výkonu. Měrná Struktura 2 může být propojena s akčním obvodem 2, obsahujícím převodník teplotně závislého parametru na signál pro řízení obvodu výkonové struktury 2 ^a vybavovací obvod, připojený svým. výstupem k obvodu zatěžovací impedance 8« Je-li například výkonová struktura 2 zapojena v obvodu svařovacího usměrňovače, může být výstup akčního obvodu 2 připojen k řídícím tyristorům

223 50B zapojeným v primářů transformátoru svařovacího usměrňovače.

V polovodičovém systému /obr.2/ je vytvořeno vertikální zahloubení 11, které přerušuje PN přechod 10 a odděluje měrnou, a výkonovou strukturu 2 a J, které jsou tepelně navzájem propojeny základním materiálem 12·

Při průběžném kontinuálním snímání teploty substrátu výkonové polovodičové součástky se vyhodnocuje teplotně závislý parametr měrné struktury 2 součástky, například úbytek napětí v propustném směru při konstantním měrném stejnosměrném elektrickém proudu. V případě, že výkonovou strukturou J součástky neprotéká žádný .zatěžovací proud, snímá měrná struktura £ teplotu substrátu, která je daná v podstatě teplotou okolního prostře dí. V případě zatěžovacího impulsu do výkonové struktury 2 ^v propustném směru dochází na této struktuře ke vzniku poměrně velkého ztrátového výkonu /velikosti řádově jednotek kilowattů/ a tím zvýšení teploty přechodu a substrátu, snímané měrnou struk turou 2. Při zatěžovacím impulsu do výkonové struktury 2 ▼ závěr ném směru jsou vznikající ztráty několikanásobně měnší /řádově jednotky wattů/, stejně tak i odpovídající teplotní nárůst.

Při měření teploty substrátu v časovém intervalu vytnutí periody zatěžovacího výkonu snímá měrná struktura 2 chladnutí ohřátého substrátu.

V případě překročení přípustné teploty PN přechodu součástr ky dojde k vybavení ochranných obvodů, které přeruší proud výko· novou strukturou 2 součástky. Měření teploty přechodu probíhá kontinuálně a po snížení její velikosti pod předem zvolenou hodnotu opět dojde k připojení výkonové struktury 2 ^do obvodu zatěžovací impedance 8.

Příklad provedení

U výkonové diody vytvořené na křemíkové desce o průměru 60 mm a tlouštoe 250 <um , je tryskáním vytvořeno vertikální zahloubení ve tvaru kružnice a šířce Imm a hloubce 70 /um , které z výkonové struktury oddělí kruhovou měrnou strukturu o průměru 3 mm , umístěnou ve středu diody.

Výkonová polovodičová součástka se ertrukturou pro snímání teploty podle vynálezu je určena pro použití v Široké oblasti výkonových aplikací.

Claims (4)

1. Výkonová polovodičová součástka se strukturou pro snímání teploty za provozuvyznačená tím , že část výkonové struktury /3/ tvoří měrnou strukturu /2/ oddělenou vertikálním zahloubením /11/ © šířce alespoň 0,2 mm, které přerušuje ΕΝΓ přechod /10/ v uzavřené křivce·

2· Výkonová polovodičová součástka podle bodu 1 , vyznačená tím , že měrná struktura /2/ je uspořádána symetricky v okolí středu výkonové struktury /3/ součástky.

3· Způsob výroby výkonové polovodičové součástky s© strukturou pro snímání teploty za provozu podle bodá 1 a 2 , vyznačený tím , že vertikální.zahloubení vytvoří mechanickým opracováním například'; stýskáním.

'i

4· Způsob výroby výkonové polovodičové součástky se strukturou pro snímání teploty za provozu podle bodu 1 a 2 , vyznačený tím , že vertikála! zahloubení vytvoří chemickým opracováním například leptáním·