PL179402B1 - Półprzewodnikowy element diodowy do bezpośredniego montażu w mikrofalowych prowadnicach falowych - Google Patents

Abstract

Półprzewodnikowy element diodowy do bezpośredniego montażu w mikrofalowych prowadnicach falowych, a zwłaszcza symetrycznych linii paskowych i niesymetrycznych mikrolinii, w postaci struktury diodowej typu PIN, znamienny tym, że cylinder metalowy (2) korzystnie wykonany z miedzi złoconej, dołączonyjest na stałe do katody struktury diodowej (6) osadzonej na metalowym postumencie (5), będącym jej główną chłodnicą i dołączonym do anody struktury (6), przy czym powierzchnia boczna struktury (6) i cylindra (2) pokrytajest żywicą silikonową (4), a następnie zahermetyzowana tworzywem epoksydowym (3).

Description

Przedmiotem wynalazku jest półprzewodnikowy element diodowy przeznaczony do bezpośredniego montażu w mikrofalowych prowadnicach falowych z rodzajem fali TEM. Elementem tego typu jest np. krzemowa dioda PIN przeznaczona do pracy w urządzeniach, zwłaszcza przełączających tory mikrofalowe poprzez odbicie padającej mocy impulsowej, o dużych wartościach średnich, takich jak np. tłumiki, przełączniki (zwieraki) umieszczanych na wejściu torów odbiorczych radarów.

Diody PIN w znanych zastosowaniach muszą spełniać odpowiednie wymagania elektryczne i termiczne, a parametry urządzeń są wyznaczane przez parametry diod. Z podstawowych parametrów diod PIN (określających możliwość zastosowania elementów w konstrukcji określonych we wstępie podzespołów mikrofalowych) tylko napięcie przebicia U i rezystancja szeregowa r, są związane ściśle z konstrukcją struktury diodowej. Pozostałe parametry: pojemność całkowita C, rezystancja termiczna R, indukcyjność szeregowa L zależą nie tylko od konstrukcji struktury ale również od wyboru (powiązanych ze sobą) sposobów: montażu i obudowania struktury oraz jej włączenia do toru mikrofalowego. Powszechnie stosuje się elementy w postaci struktur zamontowanych w obudowy mikrofalowe różnych typów. Taki element jest następnie osadzany w torze mikrofalowym. Do mikrofalowych linii paskowych stosuje się często elementy w postaci struktur osadzonych na różnego typu postumentach. Postument stanowi część toru mikrofalowego. Wybór typu obudowy lub postumentu związany jest głównie z koniecznością optymalizacji włączenia elementu do toru mikrofalowego.

Wspólną cechą znanych sposobów montażu struktur jest stosowanie wyprowadzeń w postaci taśm, drutów lub sprężyn w celu połączenia jednej z elektrod diody z obudową lub torem mikrofalowym, czego efektem jest znaczny wzrost indukcyjności szeregowej elementu. Stosowanie obudów powoduje dodatkowy wzrost pojemności całkowitej elementu o pojemność własną obudowy. Natomiast stosowanie struktur montowanych na postumentach powoduje zmniejszenie (w stosunku do struktur w obudowach) odporności mechaniczno klimatycznej i elektrycznej elementów. Tak więc stosowane metody montażu i włączania struktur do toru mikrofalowego dają niepożądany wzrost indukcyjności. Zależnie od tego czy są one montowane w obudowach, czy na postumentach powodują także zwiększenie pojemności elementu lub obniżenie jego niezawodności. Z dodatkowej pojemności i indukcyjności wynika

179 402 zawężenie częstotliwościowego pasma pracy elementu mikrofalowego, między innymi przez obniżenie jego częstotliwości rezonansowych.

Istotą wynalazku jest element diodowy mocy, w którym cylinder metalowy, korzystnie wykonany z miedzi złoconej, dołączony jest na stałe do katody struktury diodowej, osadzonej na metalowym postumencie, będącym jej główną chłodnicą i dołączonym do anody struktury. Powierzchnia boczna struktury i cylindra jest pokryta żywicą silikonową i tworzywem epoksydowym. Element tak wytworzony ma cechy struktury zamkniętej w obudowie o bardzo małej pojemności własnej (typ. 0.1 pF). Przyłączony cylinder, tworzący elektrodę diody, poprawia termiczne warunki pracy struktury i umożliwia włączenie elementu bezpośrednio do toru mikrofalowego poprzez osadzoną w tym torze wypukłość, korzystnie polsferę metalową mającą z nim kontakt stykowy.

Dzięki zastosowaniu elektrody w postaci cylindra miedzianego, przylutowanego na stałe do anody struktury, wyeliminowano konieczność stosowania wyprowadzeń (np. drutowych), co zmniejsza indukcyjność szeregową elementu według wynalazku w stosunku do indukcyjności typowej konstrukcji struktury na postumencie. Dodatkowo anoda diody cylindra stanowi kondensator cieplny o bardzo dużej pojemności (w porównaniu z wyprowadzeniami w postaci drutu, taśmy itp, które stosuje się w innych konstrukcjach) co poprawia termiczne warunki pracy struktury. Element diodowy według wynalazku ma cechy struktury zamontowanej w obudowie, której wewnętrzna objętość jest równa wymiarom struktury. Tak wytworzona obudowa ma zminimalizowaną pojemność własną. Pojemność ta dla struktur diodowych na fale centymetrowe ma typowo wartość 0.1 pF. Jednocześnie obudowa ta poprawia odporność struktury na narażenia mechaniczno - klimatyczne oraz elektryczne. Odporność ta jest porównywalna z elementem hermetyzowanym w typowej obudowie mikrofalowej. Taka konstrukcja diody umożliwia też umieszczenie jej bezpośrednio w mikrofalowej prowadnicy falowej. Oznacza to, że element stanowi część toru mikrofalowego, co jest korzystne ze względu na dodatkowe ograniczenie pojemności i indukcyjności diody. Te redukcje pojemności i indukcyjności pozwalają nie tylko poszerzyć częstotliwościowe pasmo pracy takiego elementu ale też podwyższyć jego częstotliwości rezonansowe w porównaniu z identyczną strukturą zmontowaną w obudowie lub na postumencie i włączoną do toru mikrofalowego. Konstrukcja diody mocy według wynalazku łączy zatem zalety struktury zamkniętej w obudowie i osadzonej na postumencie. Pozwala to na znaczne ograniczenie niepożądanych pojemności i indukcyjności oraz zapewnia niezawodność elementu zbliżoną do diody w obudowie mikrofalowej.

Przedmiot wynalazku w przykładzie realizacji jest odtworzony na rysunku, który przedstawia na tle diody PIN mocy na pasmo C, konstrukcję elementu w przekroju wzdłużnym oraz sposób umieszczenia go w torze mikrofalowym. Cylinder metalowy 2, korzystnie miedziany, tworzący elektrodę i kondensator cieplny diody, umożliwia przyłączenie elementu do toru mikrofalowego poprzez osadzoną w tym torze półsferę metalową 1 mającą z nim kontakt stykowy. Styk ten ma tak dobraną siłę nacisku, aby zapewnić dobry kontakt i nie spowodować zniszczenia struktury diodowej 6. Kontrolę nacisku zapewnia sprężyna (umieszczona poza torem mikrofalowym, a więc nie wpływająca na parametry elementu oraz toru), która z siłą ok. 0.5 kg dociska metalową półsferę do cylindra. Katoda diody w postaci miedzianego postumentu 5 jest wkręcana do toru mikrofalowego. Wszystkie metalowe części 1, 2, 5 elementu są złocone. Powierzchnia boczna struktury 6 i cylindra 2 jest pasywowana żywicą silikonową 4 oraz hermetyzowana tworzywem epoksydowym 3. Te dwie powłoki zapewniają ochronę struktury 6 przed narażeniami mechaniczo - klimatycznymi oraz elektrycznymi tworząc wraz z elektrodami 2 i 5 jej obudowę.

179 402

Departament Wydawnictw UP RP. Nakład 60 egz. Cena 2,00 zł.

Claims (2)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Półprzewodnikowy element diodowy do bezpośredniego montażu w mikrofalowych prowadnicach falowych, a zwłaszcza symetrycznych linii paskowych i niesymetrycznych mikrolinii, w postaci struktury diodowej typu PIN, znamienny tym, że cylinder metalowy (2) korzystnie wykonany z miedzi złoconej, dołączony jest na stałe do katody struktury diodowej (6) osadzonej na metalowym postumencie (5), będącym jej główną chłodnicą i dołączonym do anody struktury (6), przy czym powierzchnia boczna struktury (6) i cylindra (2) pokryta jest żywicą silikonową (4), a następnie zahermetyzowana tworzywem epoksydowym (3).
2. 2. Półprzewodnikowy element diodowy według zastrz. 1, znamienny tym, że kontakt anody elementu diodowego z torem mikrofalowym tworzy metalowa, złocona wypukłość (1), dociskana do cylindra metalowego (2) z siłą, kontrolowaną przez sprężynę umieszczoną poza torem mikrofalowym.

   * * *