RU2591744C2 - Thyristor - Google Patents
Thyristor Download PDFInfo
- Publication number
- RU2591744C2 RU2591744C2 RU2014149270/28A RU2014149270A RU2591744C2 RU 2591744 C2 RU2591744 C2 RU 2591744C2 RU 2014149270/28 A RU2014149270/28 A RU 2014149270/28A RU 2014149270 A RU2014149270 A RU 2014149270A RU 2591744 C2 RU2591744 C2 RU 2591744C2
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- central
- contact element
- movable plunger
- base
- sleeve
- Prior art date
Links
Images
Landscapes
- Thyristors (AREA)
Abstract
Description
Предлагаемое изобретение относится к силовым полупроводниковым приборам, в частности к таблеточным тиристорам с прижимным узлом управления.The present invention relates to power semiconductor devices, in particular to tablet thyristors with a clamping control unit.
Существует большое разнообразие вариантов конструкций внутренних узлов тиристоров для создания прижимных контактов между управляющим выводом и центральным управляющим электродом выпрямительного элемента тиристора.There is a wide variety of designs for the internal nodes of the thyristors for creating pressure contacts between the control terminal and the central control electrode of the rectifier element of the thyristor.
Основным упругим элементом создания постоянного давления между управляющим выводом и центральным управляющим электродом является пружина. В конструкциях тиристоров с прижимным управляющим выводом применяются различные виды пружин: пружины изгиба из проволоки круглого сечения, пружины сжатия винтовые цилиндрические из проволоки круглого сечения, пружины сжатия тарельчатые и другие.The main elastic element for creating constant pressure between the control terminal and the central control electrode is a spring. In the designs of thyristors with a clamping control terminal, various types of springs are used: bending springs made of round wire, compression coil springs made of round wire, plate-shaped compression springs and others.
Пружины сжатия тарельчатые, пружины Бельвиля, используются, прежде всего, для больших рабочих нагрузок, когда требуется создать надежный физический контакт между поверхностями большой площади. В приложении к полупроводниковой технике такие пружины наиболее эффективны в запираемых тиристорах с большими импульсными токами управления, по порядку величины сравнимыми с выключаемыми токами. Для мощных запираемых тиристоров импульсные запирающие токи управления составляют сотни и тысячи ампер.Belleville compression springs, Belleville springs, are used primarily for large workloads when it is necessary to create reliable physical contact between large surfaces. As applied to semiconductor technology, such springs are most effective in lockable thyristors with large pulsed control currents, which are comparable in order of magnitude with switched currents. For powerful lockable thyristors, pulsed blocking control currents amount to hundreds and thousands of amperes.
Для большинства других типов тиристоров характерны относительно малые импульсные токи управления порядка (5÷10) А. В таких приборах для создания прижимных контактов между управляющим выводом и центральным управляющим электродом используются внутренние узлы на базе пружин сжатия первых двух видов. Это дает более простые технические решения конструкций узлов с меньшим количеством деталей и более простых в изготовлении.Most other types of thyristors are characterized by relatively small pulsed control currents of the order of (5 ÷ 10) A. In such devices, internal nodes based on compression springs of the first two types are used to create pressure contacts between the control terminal and the central control electrode. This provides simpler technical solutions for the construction of assemblies with fewer parts and easier to manufacture.
Известна конструкция таблеточного тиристора (Патент GB 1379017 А, МПК: H01L 21/52; H01L 21/60; H01L 23/04; H01L 23/05; H01L 23/16; H01L 23/488, опубликован 02.01.1975) [1], содержащего выпрямительный элемент с центральным управляющим электродом, помещенный в герметичный корпус, состоящий из первого основания, служащего анодом, второго основания, служащего катодом, кольцеобразного изолятора, соединенного с первым и вторым основаниями кольцеобразными манжетами, металлический диск с углублением в центре и радиальной проточкой, расположенный между выпрямительным элементом и вторым основанием, управляющий вывод, изготовленный из фосфористой бронзы, который с одной стороны закреплен в металлической трубке в стенке кольцеобразного изолятора, в средней части помещен в изолирующую трубку и проложен в радиальной проточке в металлическом диске, с другой стороны изогнут в виде винтовой пружины сжатия, помещен в углублении металлического диска с использованием изолирующих втулки и подпятника и приведен в контакт с центральным управляющим электродом выпрямительного элемента.Known design of a tablet thyristor (Patent GB 1379017 A, IPC: H01L 21/52; H01L 21/60; H01L 23/04; H01L 23/05; H01L 23/16; H01L 23/488, published 02.01.1975) [1] comprising a rectifier element with a central control electrode, placed in a sealed enclosure consisting of a first base serving as an anode, a second base serving as a cathode, an annular insulator connected to the first and second bases with annular cuffs, a metal disk with a recess in the center and a radial groove, located between the rectifier element and the second base, a control terminal made of phosphor bronze, which is fixed on one side in a metal tube in the wall of an annular insulator, placed in the middle part in an insulating tube and laid in a radial groove in a metal disk, on the other hand curved in the form of a compression screw spring, placed in the recess of the metal disk using an insulating sleeve and a thrust bearing and brought into contact with the Central control electrode of the rectifier element.
Недостатком конструкции является то, что пружина сжатия создает с поверхностью центрального управляющего электрода точечный прижимной контакт малой площади.The disadvantage of the design is that the compression spring creates a point pressure contact of a small area with the surface of the central control electrode.
Следствием этого является:The consequence of this is:
- повышенная плотность тока в области прижимного контакта;- increased current density in the area of the pressure contact;
- повышенный разогрев области прижимного контакта при протекании тока управления и выделении вследствие этого джоулева тепла;- increased heating of the area of the pressure contact during the flow of control current and the release of Joule heat as a result;
- риск выгорания тонкого, несколько микрометров, металлического слоя центрального управляющего электрода и полупроводниковой р-n-р-n-структуры выпрямительного элемента под ним в области прижимного контакта, увеличение омического сопротивления контакта, потеря управляемости тиристора;- the risk of burning out a thin, a few micrometers, a metal layer of the central control electrode and a semiconductor pnpn structure of the rectifier element under it in the area of the pressure contact, an increase in the ohmic resistance of the contact, loss of controllability of the thyristor;
- повышенное удельное давление в области прижимного контакта;- increased specific pressure in the area of the pressure contact;
- риск истирания тонкого металлического слоя центрального управляющего электрода при вибрациях и ударах;- the risk of abrasion of a thin metal layer of the central control electrode during vibration and shock;
- риск механического разрушения тонкого металлического слоя центрального управляющего электрода и полупроводниковой р-n-р-n-структуры выпрямительного элемента под ним, потеря управляемости и блокирующей способности тиристора.- the risk of mechanical destruction of a thin metal layer of the central control electrode and the semiconductor pnpn structure of the rectifier element under it, loss of controllability and blocking ability of the thyristor.
Все это отрицательно сказывается на стабильности параметров и характеристик, функционировании и надежности тиристора.All this negatively affects the stability of parameters and characteristics, the functioning and reliability of the thyristor.
Наиболее близким к предлагаемому техническому решению является тиристор (Патент US 5436472 А, МПК: H01L 23/051; H01L 23/48; H01L 29/74, опубликован 25.07.1995.) [2], содержащий выпрямительный элемент с центральным управляющим электродом, помещенный в герметичный корпус, имеющий первое основание в качестве анода, второе основание в качестве катода, кольцеобразный изолятор, металлический диск с центральным сквозным отверстием, втулку, подвижный плунжер из изоляционного материала, пружину сжатия и управляющий вывод из гибкого провода с контактным элементом на одном конце. Металлический диск размещен между вторым основанием и выпрямительным элементом, втулка вставлена в центральное отверстие металлического диска, подвижный плунжер размещен внутри втулки. Один конец управляющего вывода размещен в центральном отверстии подвижного плунжера и зафиксирован контактным элементом в нижнем торце плунжера, средняя часть управляющего вывода электрически изолирована и размещена в радиальной проточке в верхней части металлического диска, другой конец управляющего вывода размещен в стенке кольцеобразного изолятора и выведен наружу.Closest to the proposed technical solution is a thyristor (Patent US 5436472 A, IPC: H01L 23/051; H01L 23/48; H01L 29/74, published July 25, 1995.) [2] containing a rectifier element with a central control electrode placed in a sealed housing having a first base as an anode, a second base as a cathode, an annular insulator, a metal disk with a central through hole, a sleeve, a movable plunger of insulating material, a compression spring and a control lead from a flexible wire with a contact element on one the end. A metal disk is placed between the second base and the rectifier element, the sleeve is inserted into the central hole of the metal disk, a movable plunger is placed inside the sleeve. One end of the control terminal is placed in the central hole of the movable plunger and fixed by a contact element in the lower end of the plunger, the middle part of the control terminal is electrically isolated and placed in a radial groove in the upper part of the metal disk, the other end of the control terminal is placed in the wall of the ring-shaped insulator and brought out.
Недостатком данной конструкции тиристора с прижимным управляющим выводом является то, что из-за геометрических ограничений на корпусные элементы таблеточных приборов используемые в них подвижные плунжеры не удовлетворяют одному важнейшему требованию: длина подвижного плунжера должна значительно превышать диаметр. В реальных приборах эти параметры практически совпадают.The disadvantage of this thyristor design with a clamping control terminal is that, due to geometrical restrictions on the case elements of tablet devices, the movable plungers used in them do not satisfy one crucial requirement: the length of the movable plunger must significantly exceed the diameter. In real devices, these parameters practically coincide.
Следствием этого является:The consequence of this is:
- перекос подвижного плунжера во втулке, перекос контактного диска управляющего вывода относительно плоскости центрального управляющего электрода;- skew of the movable plunger in the sleeve, skew of the contact disk of the control output relative to the plane of the central control electrode;
- уменьшение площади физического контакта управляющего вывода к центральному управляющему электроду;- reducing the area of physical contact of the control terminal to the central control electrode;
- увеличение удельного давления и плотности тока управления в области прижимного контакта при значительном увеличении перекоса контактного диска и уменьшении площади физического контакта;- an increase in the specific pressure and control current density in the area of the pressure contact with a significant increase in the skew of the contact disk and a decrease in the area of physical contact;
- нестабильность параметров цепи управления: рост напряжения управления и мощности сигнала управления, необходимых для включения тиристора;- instability of control circuit parameters: increase in control voltage and control signal power required to turn on the thyristor;
- риск механического разрушения тонкого металлического слоя центрального управляющего электрода и полупроводниковой p-n-p-n-структуры выпрямительного элемента под ним, потеря управляемости и блокирующей способности тиристора.- the risk of mechanical destruction of a thin metal layer of the central control electrode and the semiconductor pnpn structure of the rectifier element under it, loss of controllability and blocking ability of the thyristor.
Кроме того, как показывает анализ, даже при отсутствии перекоса подвижного плунжера площадь физического контакта в системе «контактный диск - центральный управляющий электрод» составляет (60÷80)% от проектной. Этот эффект обусловлен двумя факторами: перекосом контактного диска относительно подвижного плунжера, неплоскостностью рабочей поверхности контактного диска.In addition, as the analysis shows, even in the absence of skewing of the movable plunger, the physical contact area in the “contact disk - central control electrode” system is (60 ÷ 80)% of the design. This effect is due to two factors: the skew of the contact disk relative to the movable plunger, non-flatness of the working surface of the contact disk.
Указанные недостатки отрицательно сказываются на качестве и надежности тиристоров.These shortcomings adversely affect the quality and reliability of thyristors.
Меры по ужесточению требований к элементам конструкции внутреннего прижимного узла управления дают только частичное решение вопроса и приводят к увеличению стоимости приборов, но не снимают большинства проблем, рассмотренных выше.Measures to tighten the requirements for structural elements of the internal pressure control unit provide only a partial solution to the problem and lead to an increase in the cost of devices, but do not remove most of the problems discussed above.
Технической задачей предложенного решения является создание конструкции тиристора с прижимным управляющим выводом, обеспечивающей выравнивание прижимного усилия между контактным элементом управляющего вывода и центральным управляющим электродом.The technical task of the proposed solution is to create a thyristor design with a clamping control terminal, which provides equalization of the clamping force between the contact element of the control terminal and the central control electrode.
Техническим эффектом предложенного технического решения является стабильность параметров и характеристик, устойчивое функционирование, повышение надежности работы тиристора.The technical effect of the proposed technical solution is the stability of parameters and characteristics, stable operation, increasing the reliability of the thyristor.
Техническим результатом предложенного решения является конструкция тиристора с прижимным управляющим выводом, рабочая поверхность контактного элемента которого в процессе сборки прибора автоматически устанавливается в плоскости центрального управляющего электрода при различных неблагоприятных условиях, таких как перекос подвижного плунжера и др.The technical result of the proposed solution is the design of a thyristor with a clamping control terminal, the working surface of the contact element of which is automatically installed in the plane of the central control electrode during the assembly of the device under various adverse conditions, such as skewing of the movable plunger, etc.
Поставленная задача решается благодаря тому, что:The problem is solved due to the fact that:
1. Тиристор, содержащий выпрямительный элемент с центральным управляющим электродом, помещенный в герметичный корпус, имеющий первое основание в качестве анода, второе основание в качестве катода, кольцеобразный изолятор, металлический диск с центральным сквозным отверстием, втулку, подвижный плунжер из изоляционного материала, пружину сжатия и управляющий вывод из гибкого провода с контактным элементом на одном конце, при этом металлический диск расположен между вторым основанием и выпрямительным элементом, втулка вставлена в центральное отверстие металлического диска, подвижный плунжер размещен внутри втулки, кроме того, один конец управляющего вывода расположен в центральном отверстии подвижного плунжера и зафиксирован контактным элементом в нижнем торце плунжера, при этом средняя часть управляющего вывода электрически изолирована и размещена в радиальной проточке в верхней части металлического диска, а другой конец управляющего вывода размещен в стенке кольцеобразного изолятора и выведен наружу, отличается тем, что контактный элемент управляющего вывода выполнен в виде двух соосных частей, верхняя из которых закреплена на конце управляющего вывода, а нижняя часть контактного элемента выполнена в виде чашки, диаметр которой больше ее высоты и равен внутреннему диаметру втулки, при этом чашка размещена на центральном управляющем электроде выпрямительного элемента и обращена к нему тонким кольцеобразным бортиком, а тыльной стороной обращена к верхней части контактного элемента, причем второе основание в нижней части выполнено с центральным углублением, в котором размещены часть втулки, выступающей над металлическим диском, и часть подвижного плунжера, выступающего над втулкой, а в углублении верхней центральной части подвижного плунжера размещена пружина сжатия.1. A thyristor containing a rectifier element with a central control electrode, placed in a sealed housing having a first base as an anode, a second base as a cathode, an annular insulator, a metal disk with a central through hole, a sleeve, a movable plunger of insulating material, a compression spring and a control terminal from a flexible wire with a contact element at one end, the metal disk being located between the second base and the rectifying element, the sleeve is inserted in the center the hole of the metal disk, the movable plunger is placed inside the sleeve, in addition, one end of the control terminal is located in the Central hole of the movable plunger and fixed by a contact element in the lower end of the plunger, while the middle part of the control output is electrically isolated and placed in a radial groove in the upper part of the metal disk, and the other end of the control terminal is placed in the wall of the annular insulator and brought out, characterized in that the contact element of the control terminal you it is made in the form of two coaxial parts, the upper of which is fixed at the end of the control terminal, and the lower part of the contact element is made in the form of a cup whose diameter is greater than its height and equal to the inner diameter of the sleeve, while the cup is placed on the central control electrode of the rectifier element and faces a thin annular side, and the back side facing the upper part of the contact element, and the second base in the lower part is made with a Central recess in which the part of the sleeve is placed, high upayuschey above the metal disk and the movable plunger portion protruding above the bushing and the recess in the top center of the movable plunger arranged compression spring.
2. Верхняя часть контактного элемента выполнена в виде полушара, сферической поверхностью обращенного к нижней части контактного элемента, выполненной в виде чашки.2. The upper part of the contact element is made in the form of a hemisphere, with a spherical surface facing the lower part of the contact element, made in the form of a cup.
В прижимной узел управления входят: втулка, подвижный плунжер, контактный элемент и пружина сжатия.The clamping control unit includes: a sleeve, a movable plunger, a contact element and a compression spring.
К признакам, отличающим предлагаемое техническое решение, относятся:The features that distinguish the proposed technical solution include:
- выполнение контактного элемента в виде двух соосных частей: верхней части в виде полушара, нижней части в виде чашки;- the implementation of the contact element in the form of two coaxial parts: the upper part in the form of a hemisphere, the lower part in the form of a cup;
- согласование диаметра чашки с внутренним диаметром втулки;- coordination of the diameter of the cup with the inner diameter of the sleeve;
- размещение втулки прижимного узла управления одновременно в двух элементах конструкции тиристора: в отверстии металлического диска и частично в углублении второго основания, диаметры которых равны внешнему диаметру втулки;- placement of the sleeve of the pressure control unit simultaneously in two structural elements of the thyristor: in the hole of the metal disk and partially in the recess of the second base, the diameters of which are equal to the outer diameter of the sleeve;
- выполнение подвижного плунжера в виде двух ступеней с различными диаметрами ступеней, диаметр верхней ступени которого равен диаметру центрального углубления в нижней части второго основания, а диаметр нижней ступени равен внутреннему диаметру втулки;- the implementation of the movable plunger in the form of two stages with different diameters of the steps, the diameter of the upper stage of which is equal to the diameter of the Central recess in the lower part of the second base, and the diameter of the lower stage is equal to the inner diameter of the sleeve;
- размещение пружины сжатия в центральном углублении в верхней части подвижного плунжера с увеличенным диаметром.- placement of the compression spring in the Central recess in the upper part of the movable plunger with an increased diameter.
Положительный эффект достигается за счет:A positive effect is achieved due to:
- исключения перекоса нижней части контактного элемента управляющего вывода, чашки, относительно плоскости центрального управляющего электрода выпрямительного элемента;- eliminating the skew of the lower part of the contact element of the control terminal, cup, relative to the plane of the Central control electrode of the rectifying element;
- выравнивания прижимного усилия и, как следствие, плотности тока управления между управляющим выводом и центральным управляющим электродом в области кольцеобразной поверхности нижней части контактного элемента, чашки;- alignment of the clamping force and, as a result, the control current density between the control terminal and the central control electrode in the region of the annular surface of the lower part of the contact element, the cup;
- дополнительной функции втулки прижимного узла управления как элемента совмещения металлического диска со вторым основанием и металлической чашки с центральным управляющим электродом;- an additional function of the sleeve of the clamping control unit as an element for combining a metal disk with a second base and a metal cup with a central control electrode;
- снижения риска перекоса и застревания подвижного плунжера во втулке за счет увеличения «эффективной» длины подвижного плунжера при сохранении габаритов прижимного узла управления;- reducing the risk of skewing and jamming of the movable plunger in the sleeve by increasing the "effective" length of the movable plunger while maintaining the dimensions of the pressure control unit;
- улучшения условий проведения технологической операции сборки тиристора за счет расположения пружины сжатия в верхней центральной части подвижного плунжера прижимного узла управления и устранения вследствие этого вытеснения подвижного плунжера из втулки и его заклинивания;- improving the conditions of the technological operation of the assembly of the thyristor due to the location of the compression spring in the upper Central part of the movable plunger of the clamping control unit and eliminating the consequent displacement of the movable plunger from the sleeve and its jamming;
- расширения областей использования предлагаемой конструкции прижимного узла управления, например, для запираемых тиристоров со средними токами управления и для нового класса «интеллектуальных» приборов с интегрированными элементами самозащиты от пробоя в полупроводниковую p-n-p-n-структуру выпрямительного элемента.- expanding the areas of use of the proposed design of the clamping control unit, for example, for lockable thyristors with medium control currents and for a new class of “smart” devices with integrated elements of self-protection against breakdown in the semiconductor p-n-p-n-structure of the rectifier element.
Известных технических решений с такой совокупностью признаков в патентной и научно-технической литературе не обнаружено, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «новизна».Known technical solutions with such a combination of features were not found in the patent and scientific and technical literature, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "novelty."
Заявленное техническое решение характеризуется совокупностью признаков, проявляющих новые качества: исключение перекоса рабочей поверхности контактного элемента управляющего вывода относительно плоскости центрального управляющего электрода и совмещение основных и дополнительных функций элементов конструкции тиристора, что позволяет сделать вывод о соответствии предложенного технического решения критерию «изобретательский уровень».The claimed technical solution is characterized by a combination of features exhibiting new qualities: the exclusion of skewing the working surface of the contact element of the control terminal relative to the plane of the central control electrode and the combination of the main and additional functions of the thyristor design elements, which allows us to conclude that the proposed technical solution meets the criterion of "inventive step".
Заявленное техническое решение поясняется чертежами.The claimed technical solution is illustrated by drawings.
На фиг. 1 показан основной вид тиристора в разрезе.In FIG. 1 shows a main sectional view of a thyristor.
На фиг. 2 представлен прижимной узел управления, фрагмент фиг. 1.In FIG. 2 shows a pressure control unit, a fragment of FIG. one.
На фиг. 3 показан контактный элемент управляющего вывода, состоящий из двух частей: верхней части - полушара и нижней части - чашки, обращенной к центральному управляющему электроду тонким кольцеобразным бортиком. Частично показана полупроводниковая р-n-p-n-структура выпрямительного элемента.In FIG. Figure 3 shows the contact element of the control output, consisting of two parts: the upper part is the hemisphere and the lower part is the cup facing the central control electrode with a thin annular side. The semiconductor pnpn structure of the rectifier element is partially shown.
На фиг. 4 проиллюстрирована возможность использования предлагаемого технического решения для варианта конструкции тиристора, оснащенного интегрированными элементами самозащиты от пробоя в полупроводниковую р-n-р-n-структуру выпрямительного элемента в несанкционированных режимах эксплуатации, в частности при переключении по аноду вследствие перенапряжения.In FIG. 4 illustrates the possibility of using the proposed technical solution for the thyristor design option, equipped with integrated elements of self-protection against breakdown in the semiconductor pnpn structure of the rectifier element in unauthorized operation modes, in particular when switching over the anode due to overvoltage.
на фиг. 5 приведена прямая ветвь вольт-амперной характеристики (ВАХ) цепи управления тиристора на разных стадиях деградации прижимного контакта между управляющим выводом и центральным управляющим электродом в процессе эксплуатации прибора, где ВАХ 1 - исходная ВАХ цепи управления; ВАХ 2 - ВАХ после снятия металлического покрытия центрального управляющего электрода; ВАХ 3 - ВАХ после снятия части легированного р+-слоя управляющей р-базовой области полупроводниковой p-n-p-n-структуры выпрямительного элемента; А, В, С - точки на ВАХ 1, ВАХ 2 и ВАХ 3 - соответствующие переходу тиристора в открытое состояние при отпирающем постоянном токе управления IGT, равном 0,25 А.in FIG. Figure 5 shows the direct branch of the current-voltage characteristic (CVC) of the thyristor control circuit at different stages of pressure contact degradation between the control terminal and the central control electrode during operation of the device, where
В состав тиристора входят:The thyristor includes:
1 - выпрямительный элемент;1 - rectifier element;
2 - центральный управляющий электрод;2 - central control electrode;
3 - первое основание;3 - the first base;
4 - второе основание;4 - second base;
5 - кольцеобразный изолятор;5 - ring-shaped insulator;
6 - первая манжета;6 - the first cuff;
7 - вторая манжета;7 - the second cuff;
8 - третья манжета;8 - the third cuff;
9 - металлический диск;9 - a metal disk;
10 - втулка;10 - sleeve;
11 - подвижный плунжер;11 - a movable plunger;
12 - пружина сжатия;12 - compression spring;
13 - управляющий вывод;13 - control output;
14 - внешняя часть управляющего вывода;14 - the outer part of the control output;
15 - полушар;15 - a hemisphere;
16 - чашка;16 - a cup;
17 - компаунд для защиты области выхода р-n-переходов выпрямительного элемента на поверхность;17 is a compound for protecting the exit region of the pn junctions of the rectifier element to the surface;
18 - кольцо из изоляционного материала для фиксации выпрямительного элемента;18 - a ring of insulating material for fixing the rectifier element;
19 - катодная металлизация n - эмиттера полупроводниковой р-n-р-n-структуры выпрямительного элемента;19 - cathodic metallization of the n - emitter of the semiconductor pnpn structure of the rectifier element;
20 - интегрированные элементы самозащиты от пробоя в полупроводниковую р-n-p-n-структуру выпрямительного элемента.20 - integrated elements of self-protection against breakdown in the semiconductor pnpn structure of the rectifier element.
В предложенном тиристоре второе основание 4 в качестве катода нижней плоскостью контактирует с верхней плоскостью металлического диска 9, в радиальной проточке которого размещена средняя часть электрически изолированного управляющего вывода 13 из гибкого провода. Один конец управляющего вывода 13 размещен в стенке кольцеобразного изолятора 5, соединенного с первым основанием 3 кольцеобразной первой манжетой 6 и со вторым основанием 4 кольцеобразными манжетами, второй манжетой 7 и третьей манжетой 8, и выведен наружу внешней частью управляющего вывода 14. Другой конец управляющего вывода 13 размещен в центральном отверстии подвижного плунжера 11 и закреплен верхней частью контактного элемента, полушаром 15, в торце подвижного плунжера 11, установленного во втулке 10. Контактный элемент выполнен из металла в виде двух соосных частей: верхней части в виде полушара 15 и нижней части в виде чашки 16, размещенной на центральном управляющем электроде 2 выпрямительного элемента 1. В углублении верхней центральной части подвижного плунжера 11 установлена пружина сжатия 12. Выпрямительный элемент 1 с центральным управляющим электродом 2 расположен между металлическим диском 9 и первым основанием 3.In the proposed thyristor, the
В предложенной конструкции тиристора (фиг. 1) выравнивание прижимного усилия между управляющим выводом 13 и центральным управляющим электродом 2 в области кольцеобразного контакта происходит автоматически за счет осевого прижима с участием контактного элемента, состоящего их двух деталей - полушара 15 и чашки 16. При этом, исходя из сформулированного требования автоматического выравнивания прижимного усилия в области прижимного контакта, высота чашки должна быть меньше ее диаметра. С точки зрения надежности омического контакта между полушаром 15 и чашкой 16 его площадь не является критичной, поскольку в данном случае ток управления протекает через контакт к монолитной массивной чашке 16, а не к тонкому металлическому покрытию центрального управляющего электрода 2 и полупроводниковой р-n-p-n-структуры выпрямительного элемента под ним.In the proposed thyristor design (Fig. 1), the alignment of the clamping force between the
В рассмотренной конструкции в качестве верхней части контактного элемента может использоваться диск. По тому же требованию выравнивания прижимного усилия, диаметр чашки должен в 4 раза и более превышать диаметр диска. В данном случае соотношение диаметров 4 к 1 выбрано условно как предельно допустимое. Это означает, что при максимальном перекосе диска, когда прижимное усилие локализуется в точке, смещенной от центра чашки на один радиус диска, разброс усилия прижима по периметру кольцевого контакта составляет плюс-минус 25% от среднего значения. Задаваясь диапазоном слабой зависимости омического сопротивления контакта от усилия прижима, можно получить приемлемую неоднородность распределения плотности тока управления по периметру кольцевого контакта. При соотношении диаметров чашки и диска 10 к 1 максимальный разброс усилия прижима не превысит плюс-минус 11%, что близко к идеальным условиям.In the considered construction, a disk can be used as the upper part of the contact element. According to the same requirement of equalizing the clamping force, the diameter of the cup should be 4 times or more greater than the diameter of the disk. In this case, the ratio of 4 to 1 diameters is conditionally selected as the maximum allowable. This means that at the maximum skew of the disk, when the pressing force is localized at a point shifted from the center of the cup by one radius of the disk, the spread of the pressing force along the perimeter of the ring contact is plus or minus 25% of the average value. Given the range of weak dependence of the ohmic resistance of the contact on the clamping force, it is possible to obtain an acceptable heterogeneity in the distribution of the control current density along the perimeter of the ring contact. When the ratio of the diameters of the cup and the disc is 10 to 1, the maximum variation in the clamping force does not exceed plus or minus 11%, which is close to ideal conditions.
На фиг. 4 управляющий электрод 2 кольцеобразной формы находится вне области 20 с элементами самозащиты тиристора от пробоя. Конфигурация металлической чашки с полой внутренней частью обеспечивает электрическое управление тиристора, не нарушая функционирования интегрированной самозащиты.In FIG. 4, the ring-shaped
На фиг. 5 ВАХ 1, ВАХ 2 и ВАХ 3 цепи управления тиристора с прижимным точечным контактом центрального управляющего электрода были получены в экспериментах по моделированию процесса истирания металлического покрытия центрального управляющего электрода. ВАХ 1 измерена при исходном металлическом покрытии. Тиристор включался в открытое состояние при отпирающем постоянном токе управления IGT, равном 0,25 А, и отпирающем постоянном напряжении управления UGT, равном 1,25 В, как отмечено точкой А на ВАХ 1. ВАХ 2 измерена после механического удаления слоя металлизации центрального управляющего электрода. Включение тиристора происходило при том же IGT, однако UGT возросло до 5 В. Этому состоянию соответствует точка В на ВАХ 2. ВАХ 3 получена после удаления части легированного р+-слоя управляющей р-базовой области полупроводниковой р-n-p-n-структуры выпрямительного элемента. Значение IGT сохранилось на прежнем уровне, что показано точкой С на ВАХ 3. UGT выросло до 10,5 В. При этом прямая рассеиваемая мощность управления тиристора PFG возросла в 8,4 раза по сравнению с аналогичным параметром в исходном состоянии металлического покрытия центрального управляющего электрода тиристора. Следовательно, нестабильность параметров цепи управления: рост напряжения управления и мощности сигнала управления, необходимых для включения тиристора, приводит к снижению надежности работы тиристора.In FIG. 5 I – V
Подвижный плунжер является важнейшей деталью прижимного узла управления. Часть подвижного плунжера с большим диаметром направляется цилиндрической поверхностью углубления во втором основании, увеличивая «эффективную» длину подвижного плунжера и тем самым снижая риск его перекоса и застревания во втулке. Подвижный плунжер изготавливается из прочного недеформируемого изоляционного материала.The movable plunger is an essential part of the pressure control unit. Part of the movable plunger with a large diameter is guided by the cylindrical surface of the recess in the second base, increasing the “effective” length of the movable plunger and thereby reducing the risk of it being skewed and stuck in the sleeve. The movable plunger is made of durable non-deformable insulating material.
Втулка, выполняющая дополнительные центрирующие функции, также изготавливается из прочного недеформируемого изоляционного материала.The sleeve, which performs additional centering functions, is also made of durable non-deformable insulating material.
Предложенная конструкция тиристора была использована при разработке высоковольтного мощного тиристора с самозащитой от пробоя на кремнии диаметром 100 мм. Внешний диаметр чашки составлял 8 мм, высота равнялась 2,5 мм, толщина бортика была выбрана равной 0,5 мм.The proposed thyristor design was used to develop a high-voltage powerful thyristor with self-protection against breakdown on silicon with a diameter of 100 mm. The outer diameter of the cup was 8 mm, the height was 2.5 mm, and the thickness of the rim was chosen to be 0.5 mm.
Заявляемая конструкция тиристора может использоваться при проектировании и производстве мощных таблеточных тиристоров, симисторов, других приборов силовой электроники, предназначенных для применения в современных преобразовательных устройствах различного назначения.The inventive design of the thyristor can be used in the design and manufacture of powerful tablet thyristors, triacs, and other power electronics devices designed for use in modern converting devices for various purposes.
Экспериментально было подтверждено, что в заявленном техническом решении:It was experimentally confirmed that in the claimed technical solution:
1) Выполнение подвижного плунжера двухступенчатого вида с различными диаметрами ступеней, когда верхний диаметр подвижного плунжера равен диаметру углубления в нижней плоскости, а нижний диаметр подвижного плунжера равен внутреннему диаметру втулки, снижает риск перекоса и застревания подвижного плунжера во втулке;1) Performing a two-stage movable plunger with different step diameters, when the upper diameter of the movable plunger is equal to the diameter of the recess in the lower plane, and the lower diameter of the movable plunger is equal to the inner diameter of the sleeve, reduces the risk of skewing and jamming of the movable plunger in the sleeve;
2) Выполнение контактного элемента в виде двух металлических соосных частей, верхней части в виде полушара, а нижней части в виде чашки, диаметр которой больше ее высоты и равен диаметру втулки, приводит к устранению перекоса нижней части контактного элемента управляющего вывода, чашки, относительно верхней плоскости выпрямительного элемента;2) The execution of the contact element in the form of two metal coaxial parts, the upper part in the form of a hemisphere, and the lower part in the form of a cup, the diameter of which is greater than its height and equal to the diameter of the sleeve, eliminates the skewness of the lower part of the contact element of the control terminal, the cup, relative to the upper the plane of the rectifier element;
3) Размещение пружины сжатия в углублении центральной верхней части подвижного плунжера с увеличенным диаметром приводит к устранению в процессе сборки тиристора эффекта вытеснения подвижного плунжера из втулки и его заклинивания. Результатом является стабильность параметров и характеристик прибора;3) Placing a compression spring in the recess of the central upper part of the movable plunger with an enlarged diameter eliminates the effect of the displacement of the movable plunger from the sleeve and its jamming during the thyristor assembly. The result is the stability of the parameters and characteristics of the device;
4) Размещение втулки одновременно в двух элементах конструкции тиристора: в отверстии металлического диска и частично в углублении второго основания приводит к устойчивому функционированию, повышению надежности работы тиристора.4) Placing the sleeve simultaneously in two structural elements of the thyristor: in the hole of the metal disk and partially in the recess of the second base leads to stable operation, increasing the reliability of the thyristor.
Указанные технические результаты дают право сделать заключение, что предложенная конструкция тиристора с прижимным управляющим выводом обеспечивает надежный омический контакт между управляющим выводом и центральным управляющим электродом. Таким образом, поставленная задача решена.These technical results give the right to conclude that the proposed thyristor design with a clamping control terminal provides reliable ohmic contact between the control terminal and the central control electrode. Thus, the task is solved.
Источники информацииInformation sources
[1]. (Патент GB 1379017 А, МПК: H01L 21/52: H01L 21/60; H01L 23/04; H01L 23/05; H01L 23/16; H01L 23/488, опубликован 02.01.1975);[one]. (Patent GB 1379017 A, IPC: H01L 21/52: H01L 21/60; H01L 23/04; H01L 23/05; H01L 23/16; H01L 23/488, published 02/01/1975);
[2]. Патент US 5436472 А МПК: H01L 23/051; H01L 23/48; H01L 29/74, опубликован 25.07.1995.[2]. Patent US 5436472 A IPC: H01L 23/051; H01L 23/48; H01L 29/74, published July 25, 1995.
Claims (2)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149270/28A RU2591744C2 (en) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | Thyristor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2014149270/28A RU2591744C2 (en) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | Thyristor |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2014149270A RU2014149270A (en) | 2016-06-27 |
RU2591744C2 true RU2591744C2 (en) | 2016-07-20 |
Family
ID=56195421
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2014149270/28A RU2591744C2 (en) | 2014-12-08 | 2014-12-08 | Thyristor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2591744C2 (en) |
Citations (6)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1379017A (en) * | 1972-09-21 | 1975-01-02 | Siemens Ag | Thyristors |
SU843061A1 (en) * | 1979-08-28 | 1981-06-30 | Предприятие П/Я А-7809 | Explosion-proof station of thyristorized converter |
EP0159797A2 (en) * | 1984-03-15 | 1985-10-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor device and process for producing it |
US4677454A (en) * | 1982-07-26 | 1987-06-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor with self-centering housing means |
US5436473A (en) * | 1993-12-30 | 1995-07-25 | International Rectifier Corporation | Gate lead for center gate pressure assembled thyristor |
DE102011017563A1 (en) * | 2010-04-27 | 2011-10-27 | Mitsubishi Electric Corp. | Press contact type semiconductor device e.g. gate turn-off thyristor, has gasket between the outer pressing contact electrode structure and cover, whose deformation force is smaller than force required for peeling the cover from substrate |
-
2014
- 2014-12-08 RU RU2014149270/28A patent/RU2591744C2/en not_active IP Right Cessation
Patent Citations (7)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
GB1379017A (en) * | 1972-09-21 | 1975-01-02 | Siemens Ag | Thyristors |
US3886586A (en) * | 1972-09-21 | 1975-05-27 | Siemens Ag | Thyristor housing assembly |
SU843061A1 (en) * | 1979-08-28 | 1981-06-30 | Предприятие П/Я А-7809 | Explosion-proof station of thyristorized converter |
US4677454A (en) * | 1982-07-26 | 1987-06-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor with self-centering housing means |
EP0159797A2 (en) * | 1984-03-15 | 1985-10-30 | Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha | Thyristor device and process for producing it |
US5436473A (en) * | 1993-12-30 | 1995-07-25 | International Rectifier Corporation | Gate lead for center gate pressure assembled thyristor |
DE102011017563A1 (en) * | 2010-04-27 | 2011-10-27 | Mitsubishi Electric Corp. | Press contact type semiconductor device e.g. gate turn-off thyristor, has gasket between the outer pressing contact electrode structure and cover, whose deformation force is smaller than force required for peeling the cover from substrate |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
RU2014149270A (en) | 2016-06-27 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP2833758B2 (en) | Semiconductor device for electrical overstress protection | |
JP5915756B2 (en) | Semiconductor device and manufacturing method of semiconductor device | |
US8994065B2 (en) | High-voltage vertical power component | |
JPH0669423A (en) | Semiconductor component | |
JP5769950B2 (en) | Fast recovery diode | |
JPH0693507B2 (en) | Semiconductor component | |
CN112074952A (en) | Short-circuit semiconductor device and operation method thereof | |
JP2015046500A (en) | Silicon carbide semiconductor device | |
US20230170405A1 (en) | Semiconductor device and method of controlling same | |
CN111742411B (en) | Bidirectional thyristor device | |
US4132996A (en) | Electric field-controlled semiconductor device | |
CN111628007B (en) | Power diode and manufacturing method thereof | |
US3611072A (en) | Multicathode gate-turnoff scr with integral ballast resistors | |
RU2591744C2 (en) | Thyristor | |
RU2742343C1 (en) | Short-circuited semiconductor element and method of its operation | |
EP0190162B1 (en) | Controlled turn-on thyristor | |
US3836994A (en) | Thyristor overvoltage protective element | |
US4908687A (en) | Controlled turn-on thyristor | |
US11973147B2 (en) | Power semiconductor component for voltage limiting, arrangement having two power semiconductor components, and a method for voltage limiting | |
JP6640131B2 (en) | Silicon carbide semiconductor device and method of manufacturing the same | |
CN219017660U (en) | High voltage semiconductor device | |
CN219303666U (en) | Overvoltage protection device and electronic circuit | |
US20240097046A1 (en) | Mps diode having a non-uniformly doped region and method for manufacturing the same | |
EP3925009B1 (en) | Integrated gate-commutated thyristor (igct) | |
US20240097048A1 (en) | Mps diode having non-uniformly spaced wells and method for manufacturing the same |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20171209 |
|
NF4A | Reinstatement of patent |
Effective date: 20190318 |
|
MM4A | The patent is invalid due to non-payment of fees |
Effective date: 20191209 |