RU2010394C1

RU2010394C1 - Powerful semiconductor device

Info

Publication number: RU2010394C1
Authority: RU
Inventors: Л.В. Горохов; А.В. Матанов; В.А. Потапчук
Original assignee: Всероссийский электротехнический институт им.В.И.Ленина
Priority date: 1991-07-01
Filing date: 1991-07-01
Publication date: 1994-03-30

Abstract

FIELD: semiconductor equipment. SUBSTANCE: powerful semiconductor device is provided with insulating disc element with one-sided metallization and radial groove which carries mounted active and passive elements. EFFECT: simplified design, improved efficiency. 4 dwg

Description

Изобретение относится к полупроводниковой технике, а именно к деталям и конструктивным элементам таких полупро- водниковых приборов, как транзисторы, тиристоры, симисторы, и может быть использовано в различных преобразовательных устройствах. The invention relates to semiconductor technology, namely to parts and structural elements of such semiconductor devices, such as transistors, thyristors, triacs, and can be used in various converting devices.

Известно много вариантов полупроводниковых приборов, выполненных в различных корпусах, в том числе прижимной конструкции. Приборы прижимной конструкции содержат полупроводниковые элементы, расположенные между силовыми электродами внутри корпуса, и элементы, расположенные между силовыми электродами внутри корпуса, и элементы токосъема силовой и управляющей частей. При этом подвод тока от цепи управления и полупроводниковым элементом осуществляется прижимом, пайкой и разваркой. В первом случае конструкции достаточно сложна, во втором и третьем случаях либо недостаточно надежна, либо нетехнологична. Во всех случаях приборы имеют низкую функциональную возможность. There are many options for semiconductor devices made in various cases, including the clamping structure. Clamping devices include semiconductor elements located between power electrodes inside the housing, and elements located between power electrodes inside the housing, and current collection elements of the power and control parts. In this case, the current supply from the control circuit and the semiconductor element is carried out by clamping, soldering and welding. In the first case, the design is quite complicated, in the second and third cases it is either not reliable enough or low-tech. In all cases, devices have low functionality.

При решении задачи подвода тока у мощных приборов к управляющему электроду приходится решать задачи соединения алюминиевой металлизации контакта структуры с внешними выводами. Это ставит ряд задач, среди которых трудно решить задачу надежного соединения выходящих алюминиевых проводов с внешней трубкой, через которую происходит соединение с внешней цепью. Еще более сложной задачей является необходимость включения в цепь управления дополнительных активных и пассивных элементов схемы, например диодов или интегральных схем. When solving the problem of supplying current for powerful devices to the control electrode, it is necessary to solve the problems of connecting aluminum metallization of the structure contact with external terminals. This poses a number of problems, among which it is difficult to solve the problem of reliable connection of the outgoing aluminum wires to the external tube through which the connection to the external circuit takes place. An even more difficult task is the need to include additional active and passive circuit elements, for example diodes or integrated circuits, in the control circuit.

Наиболее близким к изобретению является мощный полупроводниковый прибор прижимной конструкции, содержащий корпус с внешними выводами цепи управления, внутри которого между силовыми электродами расположена полупроводниковая структура с внутренними выводами цепи управления. Closest to the invention is a powerful clamp-type semiconductor device comprising a housing with external terminals of a control circuit, inside of which a semiconductor structure with internal terminals of a control circuit is located between power electrodes.

Недостатком такого прибора является его низкая функциональная возможность, т. е. управление проводится непосредственно прямым сигналом извне. The disadvantage of such a device is its low functionality, i.e., control is carried out directly by a direct signal from the outside.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей прибора. The aim of the invention is to expand the functionality of the device.

Цель достигается так, что в мощно полупроводниковом приборе прижимной конструкции, содержащих корпус с внешними выводами цепи управления, внутри которого между силовыми электродами расположена полупроводниковая структура с внутренними выводами цепи управления, на поверхности полупроводниковой структуры внутри верхнего силового электрода расположен введенный изолирующий дисковый элемент, имеющий боковой паз, доходящий до центрального отверстия, металлизированный с одной стороны по заданной топологии, при этом на стороне с металлизацией закреплены активные и пассивные элементы схемы или интегральная схема, выводы внешней цепи управления и внутренние выводы управляющей цепи, которые выведены от полупроводниковой структуры через боковой паз и центральное отверстие. The goal is achieved so that in a powerfully semiconductor device of the clamping structure, comprising a housing with external terminals of the control circuit, inside of which a semiconductor structure with internal terminals of the control circuit is located between the power electrodes, an inserted insulating disk element having a lateral element is located on the surface of the semiconductor structure inside the upper power electrode a groove extending to the central hole, metallized on one side according to a given topology, while on the side with metallization The active and passive elements of the circuit or integrated circuit, the conclusions of the external control circuit and the internal conclusions of the control circuit, which are derived from the semiconductor structure through the side groove and the central hole, are fixed.

Таким образом, общими признаками заявляемого решения с прототипом являются наличие корпуса с системой выводов, внутри которого между силовыми электродами методом прижима закреплена полупроводниковая структура, а также наличие управляющих выводов внутренней и внешней цепей управления, соединенных с полупроводниковой структурой методом сварки. Thus, the common signs of the proposed solution with the prototype are the presence of a housing with a terminal system, inside of which a semiconductor structure is fixed between the power electrodes by the clamp method, as well as the presence of control terminals of the internal and external control circuits connected to the semiconductor structure by welding.

К отличительным признакам относятся введение изолирующего дискового элемента, имеющего центральное отверстие и боковой паз; причем паз доходит до центрального отверстия, одна сторона дискового элемента металлизирована по заданной топологии и на этой стороне закреплены активные и пассивные элементы или интегральная схема, которые в свою очередь включены в схему управления полупроводниковой структурой по необходимой электрической схеме. Кроме того, на дисковом элементе на металлизированной стороне закреплены внешние и внутренние выводы цепи управления. Внутренние выводы цепи управления выведены от структуры через боковой паз и центральное отверстие дискового элемента. Расположен вводимый дисковый элемент на поверхности полупроводниковой структуры внутри верхнего силового электрода. Distinctive features include the introduction of an insulating disk element having a central hole and a side groove; moreover, the groove reaches the central hole, one side of the disk element is metallized according to a given topology and active and passive elements or an integrated circuit are fixed on this side, which in turn are included in the control circuit of the semiconductor structure according to the necessary electrical circuit. In addition, on the disk element on the metallized side, external and internal terminals of the control circuit are fixed. The internal conclusions of the control circuit are derived from the structure through the side groove and the central hole of the disk element. The insertion disk element is located on the surface of the semiconductor structure inside the upper power electrode.

Решений с указанными отличительными признаками в проанализированной технической литературе не обнаружено, поэтому решение соответствует критерию "существенные отличия". No solutions with the indicated distinguishing features were found in the analyzed technical literature; therefore, the solution meets the criterion of "significant differences".

На фиг. 1 изображен полупроводниковый прибор в разрезе; на фиг. 2 - вводимый изолирующий дисковый элемент, вид сверху; на фиг. 3 - полупроводниковая структура с наклеенным дисковым элементом, вид сверху; на фиг. 4 - электрическая схема транзистора с двойным предусилением. In FIG. 1 is a sectional view of a semiconductor device; in FIG. 2 - input isolating disk element, top view; in FIG. 3 - semiconductor structure with a glued disk element, top view; in FIG. 4 is an electrical diagram of a double preamplifier transistor.

Прибор содержит (фиг. 1) корпус 1, основание 2, которым служит нижний силовой электрод, полупроводниковую структуру 3, расположенную между основанием и верхним силовым электродом 4, крышку 5, внешние выводы 6, 7 цепи управления (фиг. 1, 3), изолирующий дисковый элемент 8 (фиг. 2). Дисковый элемент выполнен с боковым сквозным пазом и центральным отверстием, причем паз доходит до центрального отверстия. Размер отверстия не может быть меньше диаметра контактной площадки базы Б₁ (фиг. 3) полупроводниковой структуры, например транзистора типа Дарлингтон. На одну сторону дискового элемента нанесена металлизация 9 по заданной топологии, которая может иметь несколько изолированных друг от друга площадок, например а и b. На металлизации (фиг. 3) закреплены выводы 6, 7 внешней цепи управления, активные и пассивные элементы 10 схемы или интегральная схема, выводы 11 внутренней цепи управления, которые выведены от транзисторной структуры через боковой сквозной паз и центральное отверстие.The device comprises (Fig. 1) a housing 1, a base 2, which serves as the lower power electrode, a semiconductor structure 3 located between the base and the upper power electrode 4, a cover 5, external terminals 6, 7 of the control circuit (Fig. 1, 3), isolating disk element 8 (Fig. 2). The disk element is made with a side through groove and a Central hole, and the groove reaches the Central hole. The hole size cannot be less than the diameter of the contact pad base B ₁ (Fig. 3) of a semiconductor structure, for example a Darlington type transistor. On one side of the disk element, metallization 9 is applied according to a given topology, which may have several areas isolated from each other, for example, a and b. On the metallization (Fig. 3), the leads 6, 7 of the external control circuit, active and passive elements 10 of the circuit or integrated circuit, the leads 11 of the internal control circuit, which are derived from the transistor structure through the lateral through groove and the central hole, are fixed.

Сборку прибора начинают с того, что на металлизированную сторону дискового элемента 8 (фиг, 2, 3) напаивают активные (диоды D₁ и D₂) 10 и, если она есть, пассивные элементы (например, сопротивления) или интегральную схему, а также выводы 6, 7 внешней цепи управления. Причем активные элементы 10 или интегральную схему напаивают на площадку а, внешний вывод цепи 6 управления - на площадку а, внешний вывод 7 цепи управления - на площадку d. Затем проверяют полученную сборку по электрическим параметрам и наклеивают ее на транзисторную структуру. В данном случае использована транзисторная структура с двойным предусилением (фиг. 4), на которой сформированы транзисторы Т₁, Т₂, Т₃ и сопротивления R₁, R₂, R₃. Включенные в схему диоды D₁ и D₂ (10) навесные.The assembly of the device begins with the fact that active (diodes D ₁ and D ₂ ) 10 and, if any, passive elements (e.g. resistance) or an integrated circuit, are soldered to the metallized side of the disk element 8 (FIGS. 2, 3), and conclusions 6, 7 of the external control circuit. Moreover, the active elements 10 or the integrated circuit are soldered to the site a, the external output of the control circuit 6 to the site a, the external output 7 of the control circuit to the site d. Then check the assembly obtained by electrical parameters and stick it on the transistor structure. In this case, a transistor structure with double preamplification is used (Fig. 4), on which transistors T ₁ , T ₂ , T ₃ and resistance R ₁ , R ₂ , R _{3 are formed} . The diodes D ₁ and D ₂ (10) included in the circuit are mounted.

После приклеивания дискового элемента на структуру 3 выполняют разварку внутренних выводов 11 управляющей цепи согласно электрической схемы и повторно проверяют полученную сборку вместе с транзисторной структурой по всем электрическим параметрам, после чего устанавливают ее внутри корпуса 1 на основание 2. Напаянные на дисковый элемент выводы 6 и 7 внешней цепи управления вставляют в коваровые трубки, вмонтированные в корпус. Сверху на транзисторной структуре 3 закрепляют верхний силовой электрод 4, в котором предусмотрено полое пространство для дискового элемента 8 с выводами 6, 7 цепи управления. Далее надевают крышку 5, герметизируют прибор и холодной сваркой обжимают поворотные трубки с находящимися в них выводами 6, 7. After gluing the disk element onto the structure 3, the internal conclusions of the control circuit 11 are welded according to the electrical circuit and the assembly obtained with the transistor structure is checked again for all electrical parameters, then it is installed inside the housing 1 on the base 2. The conclusions 6 and 7 soldered to the disk element the external control circuit is inserted into insidious tubes mounted in the housing. On top of the transistor structure 3 fix the upper power electrode 4, which provides a hollow space for the disk element 8 with the conclusions 6, 7 of the control circuit. Next, put on the cover 5, seal the device and cold welding compress the rotary tubes with the findings 6, 7 located in them.

При работе прибора на вывод 6 подают сигнал, открывающий базу транзистора Т₁. Срабатывает первый каскад. Аналогично сигнал приходит в базу транзистора Т₂, и срабатывает второй каскад. Сигнал из второго каскада проходит в базу транзистора Т₃ - срабатывает третий каскад. В ряде случаев для синхронизации схемы используют вывод 7 (база второго транзистора Т₂). В случае применения схемы управления выводы 6 и 7 становятся просто входной цепью прибора. Диоды Д₁ и Д₂ имеют назначение ускоряющих. При включении в схему указанного прибора интегральной схемы ее входная цепь подключается к выводам 6, 7, а выходная - на базу и эмиттер транзистора Т₁. В этом случае отпирание первого транзистора Т₁ происходит по команде интегральной схемы.When the device is operating, terminal 6 is supplied with a signal that opens the base of the transistor T ₁ . The first cascade is triggered. Similarly, the signal arrives at the base of the transistor T ₂ , and the second stage is triggered. The signal from the second stage passes to the base of the transistor T ₃ - the third stage is triggered. In some cases, to synchronize the circuit, use pin 7 (the base of the second transistor T ₂ ). In the case of applying a control circuit, terminals 6 and 7 become simply the input circuit of the device. Diodes D ₁ and D ₂ have an accelerating purpose. When an integrated circuit is included in the circuit of the indicated device, its input circuit is connected to pins 6, 7, and the output circuit is connected to the base and emitter of the transistor T ₁ . In this case, the unlocking of the first transistor T ₁ occurs by command of the integrated circuit.

Таким образом, введение дополнительного изолирующего дискового элемента решает ряд задач. Во-первых, в обычных конструкциях активные и пассивные элементы присоединяют непосредственно к структуре. В этом случае можно применять только планарные элементы, что далеко не всегда удобно в производстве и почти всегда экономически не выгодно, так как увеличивает расход исходного материала. Пайка непосредственно на структуре не желательна, так как контакты к базе и эмиттеру создаются напылением алюминия. Другие технологии не экономичны. Пайка по алюминию снижает надежность прибора из-за ее высокотемпературности, а дополнительные обработки удорожают прибор. Применение схемных решений в этом случае вообще невозможно. В предлагаемом решении эти ограничения сняты, так как дисковый элемент дает возможность вывести во внешнюю цепь медные выводы, которые предварительно напаивают на него, и за счет этого значительно повышается надежность прибора. Во-вторых, на дисковом элементе можно изготовить любую тонко- или толстопленочную схему, а в простейшем случае использовать его как промежуточный элемент, на который разваривают выводы алюминия, а во внешнюю цепь обычной пайкой выводят медный вывод. Thus, the introduction of an additional isolating disk element solves a number of problems. First, in conventional designs, active and passive elements are attached directly to the structure. In this case, only planar elements can be used, which is far from always convenient in production and almost always economically disadvantageous, since it increases the consumption of the starting material. Soldering directly on the structure is not desirable, since contacts to the base and emitter are created by sputtering aluminum. Other technologies are not economical. Soldering on aluminum reduces the reliability of the device due to its high temperature, and additional treatments increase the cost of the device. The application of circuit solutions in this case is generally impossible. In the proposed solution, these restrictions are removed, since the disk element makes it possible to output copper leads that pre-solder it to the external circuit, and thereby significantly increase the reliability of the device. Secondly, any thin- or thick-film scheme can be made on a disk element, and in the simplest case, it can be used as an intermediate element, onto which aluminum leads are welded, and a copper output is routed to an external circuit by normal soldering.

Изготовление и использование на дисковом элементе управляющей схемы позволяет сделать обычный прибор "разумным", что повышает его функциональные возможности. The manufacture and use of a control circuit on a disk element allows you to make a conventional device "reasonable", which increases its functionality.

Использование дискового элемента позволяет напаять активные и пассивные элементы (диоды) или интегральную схему и при необходимости провести на нем дополнительные технологические операции, например травление и защиту. Можно увеличить быстродействие структур активных элементов путем их облучения отдельно от основной полупроводниковой структуры. Using a disk element allows soldering active and passive elements (diodes) or an integrated circuit and, if necessary, carry out additional technological operations on it, for example, etching and protection. You can increase the speed of the structures of active elements by irradiating them separately from the main semiconductor structure.

Из вышеперечисленного видно, что данная конструкция позволяет решить вопросы надежности, технологичности, повышения выхода годных приборов на 10-15% , а главное качественно по новому решить задачу создания "разумных" приборов. (56) Патент ФРГ N 1614090, кл. 21 g 11/02, опублик, 16.09.71. It can be seen from the above that this design allows us to solve the problems of reliability, manufacturability, increase the yield of suitable devices by 10-15%, and most importantly, to solve the problem of creating “smart” devices in a new way. (56) German Patent No. 1614090, Class 21 g 11/02, published on 09.16.71.

Claims

POWERFUL SEMICONDUCTOR DEVICE containing a case with external terminals of the control circuit, in the cavity of which there is a semiconductor structure with upper and lower power electrodes and internal terminals of the control circuit, characterized in that it is equipped with a single-sided isolating disk the groove of the disk element exceeds its radius, and the metallization topology corresponds to the device circuit; moreover, the upper power electrode is made circular and the inside of it is located Marketing element for metallization koto.pogo zakpepleny active and passive elements or integpalnaya circuit included in the equipment was installed and the indoor circuit uppavleniya terminals connected to the structure to poluppovodnikovoy chepez padialny groove disc member.