Pierwszenstwo: 22.11.1968 Szwecja Opublikowano: 16JV.1973 66739 KI. 21g,ll/02 MKP H0111/16 Wspóltwórcy wynalazku: Nils Erie Andersson, Goran Lilja Wlasciciel patentu: Allmanna Svenska Elektriska Aktietocflaget, Vasteras (Szwecja) Przyrzad pólprzewodnikowy Przedmiotem wynalazku jest przyrzad pólprze¬ wodnikowy na przyklad dioda, tyrystor lub tran¬ zystor na prady rzedu 10 A, w którym pólprze¬ wodnik znajduje sie na podstawie.Znane przyrzady pólprzewodnikowe na prady rzedu 10 A i wiecej zawieraja zwykle zespól w którym tarcza pólprzewodnikowa wykonana z krzemu lub germanu jest wyposazona z jednej lub z obu stron w plyte wsporcza. Maiterial plyty wsporczej ma wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej w przyblizeniu równy wspólczynnikowi cieplnemu materialu pólprzewodzacego. Plyta wsporcza jest przymocowana do pólprzewodnika metoda lutowa¬ nia lub stapiania. Znane sa tez przyrzady pólprze¬ wodnikowe, w których pólprzewodnik jest przy¬ ciskany z jednej strony do podstawy z materialu o dobrej przewodnosci cieplnej, na przyklad z mie¬ dzi, a z drugiej strony do przeciwelektrody. Prze- ciwelektiroda jest dociskana do pólprzewodnika przez urzadzenie dociskowe, izolowane od niej posrednia ksztaltka izolacyjna.W opisanym powyzej znanym przyrzadzie pól¬ przewodnikowym, pólprzewodnik, element docisko¬ wy i ksztaltka izolacyjna sa umieszczone w zamknie¬ tej hermetycznie obudowie. Obudowa ta sklada sie fL podstawy i polaczonej z nia pokrywy otaczaja¬ cych pólprzewodnik, przeciwlegla elektrode, ksztalt¬ ke izolacyjna i element dociskowy. r Hermetyczne zamykanie 'obudowy wymaga czaso- -chlonnego lutowania takze ' i czesci .metalowych z ceramicznymi, co daje duze koszty wytwarzania.Celem wynalazku jest zbudowanie przyrzadu pólprzewodnikowego posiadajacego hermetycznie zamknieta obudowe pólprzewodnika 'bez stosowania 5 czasochlonnego lutowania, oraz bez stosowania jakiejkolwiek ksztaltki izolacyjnej miedzy elemen¬ tem sciskajacym, a przeciwlegla elektroda. Wyko¬ nanie takiej obudowy obniza znacznie koszty jej wykonania w porównaniu z kosztami wykonania io znanej obudowy. Ponadto, poniewaz obudowa nie jest lutowana, nie ma polaczen róznych materia¬ lów, a zatem znacznie wzrasta jej odpornosc na korozje.Cel ten zostal osiagniety przez to, ze przeciw- 15 elektroda jest dociskana do przeciwleglej do pod¬ stawy strony pólprzewodnika za pomoca elementu dociskowego, którego podpora stanowi jedna czesc z podstawa. Miedzy elementem dociskowym, a pod¬ stawa znajduje sie wykonana z materialu izolacyj- 20 nego uszczelka, scisnieta miedzy elementem doci¬ skowym, a podpora. Uszczelka odgradza przestrzen zawierajaca pólprzewodnik od pozostalej przestrzeni, polozonej poza przeciwlegla do przeciwelektrody strona elementu dociskowego. 25 Element dociskowy moze stanowic przynajmniej jedna, plaska sprezyna.Przyrzad pólprzewodnikowy sklada sie z wyko¬ nanej z krzemu lub germanu plytki, wyposazonej po jednej lub obu stronach w nalozone cienkie 30 warstwy metalowe. Nakladanie tych warstw moze 66 739C6T31* n*- odbywac sie^sposobem stapiania, nakladania próz¬ niowego; napylania katodowego lub pokrywania elektrolitycznego zarówno w czasie dodawania do¬ mieszek do pólprzewodnika, jak i w czasie oddziel¬ nego .procesu po dodawaniu domieszek. Metalami tworzacymi te warstwy moga byc na przyklad zloto, srebro, miedz, aluminium, nikiel, olów, cyna i stopy zawierajace przynajmniej jeden z tych metali.Przyrzad pólprzewodnikowy moze tez zawierac, poza innymi elementami, plytke pólprzewodnikowa, wyposazana na jednej lub dbu stronach w plyty wsporcze wyikomaine z molibdenu, wolframu lub in¬ nego materialu o wspólczynniku rozszerzalnosci cieplnej równym w przyblizeniu wspólczynnikowi rozszerzalnosci cieplnej pólprzewodnika. Tego ro¬ dzaju, iplyty wsporcze laczy sie z pólprzewodnikiem w znany sposób. Mozliwe jest tez zupelne pominie¬ cie warstw metalowych i plyt wsporczych na obu stronach plytki pólprzewodnikowej. W tyim przy¬ padku urzadzenie pólprzewodnikowe sklada sie tylko z plytki pólprzewodnikowej, lecz zaleca sie wtedy (Stosowanie plytek pólprzewodnikowych o warstwach powierzchniowych zawierajacycji duza ilosc domieszek.Jako materialy do uszczelniania moga sluzyc rózne materialy plastyczne i elastomery, na przy¬ klad poliamidy w rodzaju poliamidu bezwodnika kwasu piromelitpwego, parafenylenodwuaminy, po- litetrafluoreetylenu, poliweglanu, czteroftalanu gli¬ kolu polietylenowego, zywicy silikonowej, i fluo- rymowej ropropylenu lub fluorku winylu. Do tego zastoso¬ wania nadaja sie szczególnie materialy odporne na plyniecie, w rodzaju poliamidów. Uszczelnienie moze byc wykonane z folii, moze tez miec ksztalt rury lub tulei.Jezeli uszczelka rozciaga sie poza przyrzad pól¬ przewodnikowy, wymiary elementu pólprzewodni¬ kowego moga byc male bez ryzyka wystapienia zwarc miedzy elementami urzadzenia pólprzewod¬ nikowego i tymi czesciami obudowy, które powinny byc izolowane od Wedlug niniejszego fWynalazku, wokól elementu dociskowego i pnzeciwelektrody umieszczona jest dodatkowa uszczelka, rozciagajaca sie w kierunku wewnetrznej przestrzeni w celu zamkniecia szczelin przylegajacych do wewnetrznej przestrzeni, które moglyby pojawic sie w elemencie dociskowym oraz miedzy elementem dociskowym a przeciwelektroda.Zapobiega to mozliwosci przecieków przez te szcze¬ liny otaczajacego srodowiska do przestrzeni we¬ wnetrznej przyrzadu pólprzewodnikowego.Funkcje dodatkowej uszczelki moze pelnic ot¬ warty u góry metalowy kubek, najlepiej miedziany, we wnetrzu którego znajduje sie przeciwelektroda i element dociskowy. Dno kubka znajduje sie miedzy •zespolem pólprzewodnika, a przeciwelek¬ troda. Stwierdzono, ze jesli dno kubka jest cienkie, wystepuje w pewnym stopniu jego plyniecie, co przeciwdziala ujemnym skutkom dzialania nierów¬ nosci boków stykajacych sie ze soba przeciwelek- trody i zespolu pólprzewodnika. Kubek polepsza wiec styk zespolu pólprzewodnika z przeciwelek¬ troda.Wedlug jednego z korzystnych wykonan przy* rzadu wedlug niniejszego wynalazku, dla skutecz¬ nego uszczelnienia zespolu pólprzewodnika stosuje sie impregnacje urzadzenia* pólprzewodnikowego 5 zywica impregnacyjna. Szozfeólnie dobre wyniki uzyskuje sie przy impregnacji prózniowej z zasto¬ powaniem zywic m*e zawierajacjfeli rozpuszczalnika i wiazacych sie bez wydzielania iskladników lot¬ nych lub gazowych. Zywice te imoga stanowic na 10 przyklad zywice silikonowe, szczególnie nie za¬ wierajace rozpuszczalników, zywice epoksydowe oraz nienasycone zywice poliestrowe. W czasie impregnowania zywica impregnacyjna wypelnia szczeliny, wystepujace na przyklad miedzy elemen- 15 tern dociskowym, a- przeciwelektroda lub miedzy przeciwelektroda a uszczelka.W innej odmianie wykonania przyrzadu wedlug niniejszego wynalazku stosuje sie cylindryczne przedluzenie tworzace otwarta na zewnatrz prze- 20 strzen, w której znajduje sie syntetyczny material termoplastyczny w rodzaju zywicy epoksydowej, zywicy poliweglowej, zywicy fluoroweglowej lub zywicy silikonowej. Otrzymuje sie w ten sposób przyrzad pólprzewodnikowy, w którym zespól pól- 25 przewodnika jest dobrze chroniony przed dzialaniem atmosfery zewnetrznej oraz przed oddzialywaniem mechanicznym na przyklad wstrzasów. Jezeli przeciwelektroda jest polaczona z umieszczona srodkowo cylindrycznym zaciskiem, wystajacym 30 przez otwór w urzadzeniu dociskowym i przecho¬ dzacym przez przedluzenie, zaleca sie wykonanie we wspomnianym wyzej syntetycznym materiale plastycznym otworu takr, aby material ten wypelnial przestrzen miedzy cylindrycznym zaciskiem, a prze- 35 dluzeniem. Przeciwdziala to powstawaniu naprezen wewnetrznych iw materiale plastycznym co mogloby spowodowac pekniecia.Znajdujacy sie na zewnatrz elementu docisko¬ wego material plastyczny moze posiadac wypel- 40 niacz, na przyklad proszek kwarcowy. Material plastyczny moze stanowic zywice lana, wprasowana nastepnie do wypelnianej przestrzeni, lub tez mie¬ szanine przystosowana do prasowania, która sie nastepnie wprasowuje. W tym drugim przypadku 45 urzadzenie pólprzewodnikowe umieszcza sie w pra¬ sie. Material plastyczny moze tez stanowic mie^ szanine przystosowana do wtryskiwania do wy¬ pelnionej przestrzeni — w tym przypadku element pólprzewodnikowy jest umieszczony .w wytlaczarce. 50 Przyklad wykonania jest przedstawiony na za* laczonym rysunku na którym fig. 1 i"fig. 2 przed¬ stawiaja dwie odmiany wykonania przyrzadu pól¬ przewodnikowego wedlug niniejszego wynalazku, przedstawione w przekroju, wykonanym w kie- 55 runku przeplywu pradu.Przedstawione na rysunku przyrzady stanowia diody przeznaczone do prostowania pradu rzedu 150 amperów. Do jednej strony wsporczej plyty 11 j'es!t przytlutowana, przez nie pokazana na rysunku 60 warstwe aluminium, okragla tarcza 10 krzemowa typu p-n-n+. Materialem plyty 11 jest molibden lub inny material, posiadajacy w przyblizeniu wspólczynnik rozszerzalnosci cieplnej równy wspól¬ czynnikowi rozszerzalnosci cieplnej krzemu. Na 65 drugiej stronie plyty 11 znajduje sie styk ze stopus zLota. z antymonem,' tworzacy warstwe 12. Okragly zespól pólprzewodnika skladajacy sie z elementów 10, 11 i 12 umieszczony jest na podstawie, stano¬ wiacej wystep 13 we wglebieniu 14, znajdujacym sie w glowicy 15 sruby 16 wykonanej z miedzi lub aluminium. Zespól pólprzewodnika wraz z plyta 11 wsporcza jest umieszczony na podstawie 13 (fig. 1), lub wraz z wtopiona warstwa 12 jest przymocowany do podstawy 13 i(fig. i2). Przeciwelektroda 17 opiera sie mocno o górna strone zespolu pólprzewodnika.Obie te elektrody nie sa ze soba zlutowane, sty¬ kajac sie wylacznie dzieki wzajemnemu docisnieciu.Niezbedne cisnienie jest wywierane przez sklada¬ jacy sie z dociskowej plytki 19 i plaskich sprezyn 20 element dociskowy 18, opierajacy sie o po¬ wierzchnie górnego konca przeciwelektrody.W przyrzadzie przedstawionym na fig. 2 wska¬ zane jest umieszczenie folii srebrnej lub zlotej miedzy wsporcza plyta 11, a przeciwelektroda 17, Styk miedzy podstawa, a zespolem pólprzewod¬ nika równie moze byc wynikiem ich wzajemnego dociskania. W przyrzadzie z fiig. 1 nalezy wtedy umiescic srebrna lub zlota folie miedzy wsporcza plyta 11, a podstawa 13. Mozliwe jest tez przylu- towanie zespolu pólprzewodnika do podstawy sto¬ sujac na przyklad lutowie zloto-cynowe.Przeciwelektroda jest polaczona z umieszczonym osiowo sztywnym zaciskiem cylindrycznym 21 wy¬ konanym z miedzi lub aluminium, a wystajacym z elementu dociskowego przez otwór 22.Sruba 16 jest wyposazona w skierowane do góry cylindryczne przedluzenie 23, na którym znajduje sie wglebienie 24, sluzace jako podpora dla ele¬ mentu dociskowego 18. Cylindryczna czesc 25, na zewnatrz elementu dociskowego tworzy otwarta przestrzen 26. Sruba wraz z czesciami 15, 23, 24 i 25 stanowi jedna calosc, wykonana z .-miedzi lub aluminium.Miedzy elementem dociskowym 18 a podpora 24 znajduje sie uszczelka 27 z folii poliamidowej.Uszczelka wystaje poza zespól pólprzewodnika, dzieki czemu sruba «moze byc mala bez ryzyka powstawania zwarc miedzy zespolem pólprzewod¬ nika, a obudowa u góry zespolu, {fig. 2). Uszczelka chroni przestrzen wewnetrzna 28 z zespolem pól¬ przewodnika przed oddzialywaniem przestrzeni poza urzadzeniem dociskowym.Wewnatrz uszczelki 27 znajduje sie dodatkowa uszczelka, która uszczelnia wewnetrzna przestrzen 28 przed wplywem szczelin, powstajacych w urza¬ dzeniu dociskowym 18 lub miedzy urzadzeniem dociskowym 18 a przeciwelektroda 17. Na fig. 1 dodatkowa uszczelke stanowi kubek 29 wykonany z miedzi, a otwarty u góry. Grubosci scian i dna tego kubka sa znacznie mniejsze od grubosci scian przeciwelektrody. Na fig. 2 dodatkowa uszczelke stanowi pierscieniowy, metalowy, na przyklad mie¬ dziany kolnierz 30 przylutowany do brzegu przeciw¬ elektrody.Przestrzen 26 jest wypelniona materialem pla¬ stycznym 31, na przyklad termoutwardzalna mie¬ szanina zywicy epoksydowej z wypelniaczem mi¬ neralnym lub tez mieszanina termoutwardzalna silikonowa przystosowana do wtryskiwania, z wy¬ pelniaczem mineralnym. Elementy uszczelniajace 73* 6 27, '29 i 30 uniemozliwiaja wchodzenie materialu termoplastycznego ' do przestrzeni wewnetrznej W urzadzeniu przedstawionym na fig. 2 w mate¬ riale termoplastycznym jest wykonane wglebienie 5 32, polozone wspólosiowo z cylindryczna czescia 25 i zaciskiem 21.Jesli urzadzeniem pólprzewodnikowym jest tyry¬ stor lub tranzystor, w sklad zespolu pólprzewod¬ nika moze wejsc jeszcze jeden, (niezbedny przewód 10 dodatkowy. Przewód ten przepuszcza sie przez otwór wykonany w tym celu w termoplastycznym materiaHe 31, w urzajdzeniu dociskowym 18, i prze- ciwelektrodzie 17, oraz w dodatkowej uszczelce 29 jesli takowa jest zastosowana. PL