RU193911U1

RU193911U1 - Power Semiconductor Diode

Info

Publication number: RU193911U1
Application number: RU2019128395U
Authority: RU
Inventors: Ахмет Багаудинович Саутиев; Егор Александрович Дьяков; Павел Анатольевич Бороданенко; Валентин Эдуардович Смирнов
Original assignee: Акционерное общество «Оптрон-Ставрополь»
Priority date: 2019-09-10
Filing date: 2019-09-10
Publication date: 2019-11-21

Abstract

Полезная модель относится к области электротехнических изделий. Силовой выпрямительный диод содержит металлостеклянный корпус, включающий трубку жесткого вывода, проходной изолятор и стакан корпуса, внутри которого на медном основании размещена полупроводниковая структура кремния, причем с внешней стороны корпуса, в области стыка трубки жесткого вывода с проходным изолятором, расположена металлическая шайба круглого сечения. Толщина шайбы может составлять от 0,5 до 1 мм. Трубка жесткого вывода, корпус и шайба диода могут быть выполнены из ковара, а изолятор - из стекла. Технический результат - повышение качества, надежности и технологичности силового полупроводникового выпрямительного диода в жестких условиях его эксплуатации в изделиях специального назначения.The utility model relates to the field of electrical products. The power rectifier diode contains a glass-metal case, including a hard-lead tube, a bushing and a glass of the case, inside of which a silicon semiconductor structure is placed on a copper base, and on the outer side of the case, in the junction of the hard-lead tube with a bushing, there is a metal washer of circular cross section. The thickness of the washer can be from 0.5 to 1 mm. The hard lead tube, the housing and the diode washer can be made of insidious, and the insulator - made of glass. The technical result is an increase in the quality, reliability and manufacturability of a power semiconductor rectifier diode in the harsh conditions of its operation in special products.

Description

Область техники, к которой относится полезная модельThe technical field to which the utility model relates.

Полезная модель относится к области электротехнических изделий, а именно к дискретным, силовым полупроводниковым выпрямительным приборам и может быть использована для проектирования корпусов аналогичных приборов.The utility model relates to the field of electrical products, namely to discrete, power semiconductor rectifier devices and can be used to design cases of similar devices.

Уровень техникиState of the art

Известен высоковольтный выпрямительный модуль (патент РФ на полезную модель №66606, кл. МПК H01L 29/861, опубл. 10.09.2007), который состоит из корпуса, выполненного из диэлектрического материала с внешними анодным и катодным выводами. В корпусе размещена сборка полупроводниковых элементов, соединенных электрически в последовательную цепь, причем сборка размещена на диэлектрической плоской пластине, имеющей на одной стороне отдельные изолированные металлизированные участки, на которых закреплены выпрямительные элементы, соединенные последовательно с помощью перемычек.Known high-voltage rectifier module (RF patent for utility model No. 66606, class IPC H01L 29/861, publ. 09/10/2007), which consists of a housing made of dielectric material with external anode and cathode terminals. The housing contains an assembly of semiconductor elements electrically connected in a series circuit, the assembly being placed on a dielectric flat plate having separate isolated metallized sections on one side, on which rectifier elements are connected, connected in series with jumpers.

Известен силовой полупроводниковый диод (патент РФ на полезную модель №185181, кл. МПК H01L 29/861, опубл. 23.11.2018), который содержит силовой вывод, корпус, внутри которого расположена полупроводниковая кремниевая структура и основание, причем корпус изготовлен из модифицированного эпоксидного компаунда.A power semiconductor diode is known (RF patent for utility model No. 185181, class IPC H01L 29/861, publ. 11/23/2018), which contains a power output, a housing, inside of which there is a semiconductor silicon structure and base, and the housing is made of modified epoxy compound.

Известен высоковольтный диод (патент РФ на изобретение №2231866, кл. МПК H01L 29/861, опубл. 27.06.2004), который включает в себя: корпус в виде диэлектрической трубки, на концах которой укреплены электроды, множество последовательно соединенных выпрямительных элементов, размещенных внутри трубки, каждый из которых состоит из металлического основания и полупроводникового кристалла, укрепленного на основании, пружину, создающую прижимной электрический контакт между выпрямительными элементами.Known high-voltage diode (RF patent for the invention No. 2231866, class IPC H01L 29/861, publ. 06/27/2004), which includes: a housing in the form of a dielectric tube, at the ends of which are fixed electrodes, a lot of series-connected rectifier elements placed inside the tube, each of which consists of a metal base and a semiconductor crystal, mounted on the base, a spring that creates a clamping electrical contact between the rectifier elements.

Основной недостаток известных вариантов сборки корпуса для силовых выпрямительных диодов – это негативное воздействие инерции пластической деформации жесткого вывода диода (трубка ковара и медный вывод 5, Фиг. 2а,б) в процессе его обжима и, как следствие, возникновение дополнительных упругих напряжений в проходном изоляторе 2 (Фиг. 1а), на границе сопряжения проходной изолятор – коваровая трубка 1, приводящие, в зависимости от величины напряжений, к пластической деформации, с нарушением целостности проходного изолятора (трещины первого рода – на начальном этапе и разгерметизация диода на последующих операциях изготовления и эксплуатации, под действием нагрузок динамического характера). Использование данных диодов в изделиях специального назначения и в условиях испарительного охлаждения, приводит к проникновению в подкорпусное пространство выпрямительного диода конденсата хладагента и ускоренному выходу диода из строя в результате теплового пробоя.The main disadvantage of the known housing assembly options for power rectifier diodes is the negative impact of inertia of plastic deformation of the hard output of the diode (Kovar tube and copper output 5, Fig. 2a, b) during crimping and, as a result, the emergence of additional elastic stresses in the bushing 2 (Fig. 1a), at the interface of the bushing, the insulator - insidious tube 1, leading, depending on the magnitude of the stresses, to plastic deformation, with a violation of the integrity of the bushing (cracks of the first and - in the initial phase and in the subsequent depressurization diode manufacturing operations and operation, under the action of the dynamic nature of load). The use of these diodes in special-purpose products and in conditions of evaporative cooling leads to the penetration of refrigerant condensate into the rectifier diode casing and to the accelerated failure of the diode due to thermal breakdown.

Решение проблемы надежности герметизации диодов, работающих в экстремальных условиях эксплуатации, путем изменения массогабаритных и геометрических параметров жесткого вывода, не допускается из-за ограничений, наложенных конструкторской документацией.The solution to the problem of the reliability of the sealing of diodes operating in extreme operating conditions by changing the weight and size and geometric parameters of the hard output is not allowed due to limitations imposed by the design documentation.

Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure

Техническим результатом, достигаемым с помощью предлагаемой полезной модели, является повышение качества, надежности и технологичности силового полупроводникового выпрямительного диода, за счет существенного снижения влияния инерции пластической деформации жесткого вывода в процессе обжима, ответственного за возникновение дополнительных упругих напряжений в проходном изоляторе на этапе его герметизации.The technical result achieved using the proposed utility model is to increase the quality, reliability and manufacturability of a power semiconductor rectifier diode, due to a significant reduction in the influence of inertia of plastic deformation of the hard terminal during crimping, which is responsible for the occurrence of additional elastic stresses in the bushing at the stage of its sealing.

Указанный технический результат достигается тем, что силовой выпрямительный диод содержит металлостеклянный корпус, включающий трубку жесткого вывода, проходной изолятор и стакан корпуса, внутри которого на медном основании 6 (Фиг. 2а) размещена полупроводниковая структура кремния (не показана), причем с внешней стороны корпуса, в области стыка трубки жесткого вывода с проходным изолятором, расположена металлическая шайба круглого сечения.The indicated technical result is achieved in that the power rectifier diode comprises a metal-glass case, including a hard-lead tube, a bushing and a case glass, inside of which a silicon semiconductor structure (not shown) is placed on a copper base 6 (Fig. 2a), moreover, from the outside of the case , in the area of the junction of the hard output tube with the bushing, there is a metal washer of circular cross section.

Толщина шайбы может составлять от 0,5 до 1 мм.The thickness of the washer can be from 0.5 to 1 mm.

Трубка жесткого вывода, корпус и шайба диода могут быть выполнены из ковара, а изолятор – из стекла.The hard lead tube, the housing and the diode washer can be made of kovar, and the insulator can be made of glass.

В целях решения проблемы негативного воздействия инерции пластической деформации в процессе обжима жесткого вывода на проходной изолятор, предлагается использовать одновременное ограничение трубки вывода и армирование стекла, путем введения в конструкцию металлостеклянного корпуса, при осуществлении стеклоспая, дополнительной сборочной единицы (шайбы из ковара).In order to solve the problem of the negative impact of inertia of plastic deformation during the crimping of the hard terminal on the bushing, it is proposed to use the simultaneous restriction of the output tube and glass reinforcement by introducing an additional assembly unit (washers from the carpet) into the structure of the glass-metal case, when making glass-junction.

Краткое описание чертежейBrief Description of the Drawings

На фиг. 1 показан металлостеклянный корпус для силового выпрямительного диода: а) стандартный вид; б) с применением шайбы.In FIG. 1 shows a glass-metal case for a power rectifier diode: a) standard view; b) using a washer.

На фиг. 2 показаны эскизы силовых полупроводниковых выпрямительных диодов, до обжима (а) и после обжима (б). In FIG. 2 shows sketches of power semiconductor rectifier diodes, before crimping (a) and after crimping (b).

На фиг. 3 показана 3D-модель шайбы, вид изометрия.In FIG. 3 shows a 3D model of the washer, isometric view.

На фиг. 4 показана фотография силовых выпрямительных диодов: левый – стандартный и правый – экспериментальный, с применением шайбы.In FIG. Figure 4 shows a photograph of power rectifier diodes: left - standard and right - experimental, using a washer.

На фигурах (1-4) приняты следующие обозначения: 1 – трубка вывода, 2 –проходной изолятор, 3 – стакан корпуса, 4 – шайба, 5 –внутренний медный вывод, 6 – медное основание.In the figures (1-4), the following notation is used: 1 - outlet pipe, 2 - bushing, 3 - housing cup, 4 - washer, 5 - internal copper outlet, 6 - copper base.

Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation

Металлостеклянный корпус (Фиг.1а,б) и силовой полупроводниковый выпрямительный диод (Фиг. 2а,б) содержат трубку 1, изолятор 2, стакан корпуса 3, медное основание 6, на котором размещается полупроводниковая структура кремния (не показана). Причем на внешней стороне металлостеклянного корпуса, в области стыка изолятора и трубки жесткого вывода, впаяна металлическая шайба 4.The glass-metal case (Fig. 1a, b) and the power semiconductor rectifier diode (Fig. 2a, b) contain a tube 1, an insulator 2, a housing glass 3, a copper base 6, on which a silicon semiconductor structure is placed (not shown). Moreover, on the outer side of the metal-glass casing, in the area of the junction of the insulator and the hard output tube, a metal washer 4 is soldered.

Жесткий вывод и металлостеклянный корпус диода выполнены в виде: трубки 1, стакана корпуса 3 и шайбы 4 из ковара; проходного изолятора 2 из стекла; внутреннего вывода 5 и основания диода 6 из меди.The hard output and the glass-metal case of the diode are made in the form of: tube 1, cup glass 3 and washers 4 from a carpet; glass bushing 2; internal terminal 5 and the base of the diode 6 made of copper.

Металлическая шайба 4 представляет собой деталь круглого сечения, внутренний диаметр которого ограничивается диаметром трубки 1 жесткого вывода диода, а внешний – допускаемым расстоянием между жестким выводом и стаканом корпуса, в целях предотвращения межэлектродного поверхностного электрического пробоя, при наложении внешнего электрического смещения. Толщина шайбы может варьироваться от 0,5 до 1 мм. The metal washer 4 is a circular cross-sectional part, the inner diameter of which is limited by the diameter of the tube 1 of the hard lead of the diode, and the outer one by the permissible distance between the hard lead and the housing glass, in order to prevent interelectrode surface electrical breakdown, when applying an external electric displacement. The thickness of the washer can vary from 0.5 to 1 mm.

Для изготовления металлостеклянного корпуса силового выпрямительного диода сборочные единицы корпуса укладывают в графитовую кассету в следующей последовательности: в оснастку на основе графита вставляют в соответствующее отверстие трубку 1, на которую надевают шайбу 4, опускают стакан корпуса 3 и стеклянный изолятор 2. Сборочные единицы (сборка стакана) в графитовой оснастке переносят в высокотемпературную конвейерную печь и осуществляют процесс сварки в атмосфере азота и водорода по стандартной технологии.For the manufacture of a metal-glass case of a power rectifier diode, the assembly units of the case are placed in a graphite cassette in the following sequence: a tube 1 is inserted into the corresponding hole in the graphite tool, onto which the washer 4 is put on, the case glass 3 and the glass insulator 2 are lowered. Assembly units (glass assembly ) in graphite tooling, they are transferred to a high-temperature conveyor furnace and the welding process is carried out in an atmosphere of nitrogen and hydrogen using standard technology.

Пример реализации.Implementation example.

Для проверки качества, надежности и технологичности предлагаемой полезной модели силового выпрямительного диода были собраны две партии диодов, по 200 штук каждая. Первая (контрольная) партия диодов имела стандартную конструкцию, вторая (экспериментальная) – конструкцию с применением шайбы (Фиг. 4). После всех испытаний, в том числе на испытательных стендах заказчика (имеется положительное заключение), указанные партии, совместно с заказчиком, были подвергнуты, тщательному контролю на предмет выявления целостности и герметичности проходного изолятора и диодов в целом, с применением методов контроля, предусмотренных технической документацией изготовления силовых выпрямительных диодов. Экспериментальная партия показала 100% выход годных изделий, а контрольная – 55%.To test the quality, reliability and manufacturability of the proposed utility model of a power rectifier diode, two batches of diodes, 200 pieces each, were assembled. The first (control) batch of diodes had a standard design, the second (experimental) design using a washer (Fig. 4). After all the tests, including on the customer’s test benches (there is a positive conclusion), these batches, together with the customer, were subjected to close inspection to determine the integrity and tightness of the bushing and diodes as a whole, using the monitoring methods provided for by the technical documentation manufacturing power rectifier diodes. The experimental batch showed 100% yield, and the control one - 55%.

Таким образом, преимуществом заявленной полезной модели силового полупроводникового выпрямительного диода является повышение качества, надежности и технологичности последнего, за счет существенного снижения влияния инерции пластической деформации жесткого вывода, в процессе его обжима, на проходной изолятор, в области сопряжения изолятор – вывод, за счет одновременного поверхностного армирования изолятора и ограничения пластической деформации трубки жесткого вывода.Thus, the advantage of the claimed utility model of a power semiconductor rectifier diode is to improve the quality, reliability and manufacturability of the latter, due to a significant reduction in the influence of inertia of plastic deformation of the hard terminal, during crimping, on the bushing, in the field of coupling the insulator - output, due to the simultaneous surface reinforcement of the insulator; and limitation of the plastic deformation of the hard lead tube.

Сопоставительный анализ заявляемой полезной модели показал, что совокупность существенных признаков заявленного устройства не известна из уровня техники, что соответствует условию патентоспособности «Новизна».A comparative analysis of the claimed utility model showed that the set of essential features of the claimed device is not known from the prior art, which meets the condition of patentability “Novelty”.

Приведенные сведения подтверждают возможность применения заявленного устройства в электротехнике и поэтому соответствует условию патентоспособности «Промышленная применимость».The above information confirms the possibility of using the claimed device in electrical engineering and therefore meets the patentability condition "Industrial Applicability".

Claims

1. Power semiconductor rectifier diode containing a glass-metal case, including a hard output tube, a bushing and a housing glass, inside of which a silicon semiconductor structure is placed on a copper base, and on the outside of the case, in the junction of the hard output tube with a bushing, there is a metal round washer.

2. The diode according to claim 1, characterized in that the thickness of the washer is from 0.5 to 1 mm.

3. The diode according to claim 1, characterized in that the hard output tube, the housing and the washer are made of kovar.

4. The diode according to claim 1, characterized in that the insulator is made of glass.