RU2757166C1 - Diode for rotary rectifier of synchronous electric machine - Google Patents
Diode for rotary rectifier of synchronous electric machine Download PDFInfo
- Publication number
- RU2757166C1 RU2757166C1 RU2021107512A RU2021107512A RU2757166C1 RU 2757166 C1 RU2757166 C1 RU 2757166C1 RU 2021107512 A RU2021107512 A RU 2021107512A RU 2021107512 A RU2021107512 A RU 2021107512A RU 2757166 C1 RU2757166 C1 RU 2757166C1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- dome
- diode
- base
- insulating
- semiconductor element
- Prior art date
Links
- 230000001360 synchronised effect Effects 0.000 title abstract description 6
- 239000004065 semiconductor Substances 0.000 claims abstract description 54
- 239000012799 electrically-conductive coating Substances 0.000 claims description 15
- 239000000919 ceramic Substances 0.000 claims description 11
- NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N novaluron Chemical compound C1=C(Cl)C(OC(F)(F)C(OC(F)(F)F)F)=CC=C1NC(=O)NC(=O)C1=C(F)C=CC=C1F NJPPVKZQTLUDBO-UHFFFAOYSA-N 0.000 claims description 10
- 239000000463 material Substances 0.000 claims description 9
- 230000000694 effects Effects 0.000 abstract description 5
- 238000007789 sealing Methods 0.000 abstract description 3
- 239000000126 substance Substances 0.000 abstract description 2
- PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N Nickel Chemical compound [Ni] PXHVJJICTQNCMI-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 8
- WUUZKBJEUBFVMV-UHFFFAOYSA-N copper molybdenum Chemical compound [Cu].[Mo] WUUZKBJEUBFVMV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 5
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 5
- RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N Copper Chemical compound [Cu] RYGMFSIKBFXOCR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 4
- 229910000881 Cu alloy Inorganic materials 0.000 description 4
- 229910052802 copper Inorganic materials 0.000 description 4
- 239000010949 copper Substances 0.000 description 4
- 238000005336 cracking Methods 0.000 description 4
- 229910052759 nickel Inorganic materials 0.000 description 4
- 238000005476 soldering Methods 0.000 description 4
- 239000011521 glass Substances 0.000 description 3
- 238000000034 method Methods 0.000 description 3
- 229910000679 solder Inorganic materials 0.000 description 3
- 238000005219 brazing Methods 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 239000007787 solid Substances 0.000 description 2
- ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N Molybdenum Chemical compound [Mo] ZOKXTWBITQBERF-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N aluminium Chemical compound [Al] XAGFODPZIPBFFR-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052782 aluminium Inorganic materials 0.000 description 1
- 230000001364 causal effect Effects 0.000 description 1
- 229910010293 ceramic material Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011248 coating agent Substances 0.000 description 1
- 238000000576 coating method Methods 0.000 description 1
- 239000002826 coolant Substances 0.000 description 1
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 1
- 229910052593 corundum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010431 corundum Substances 0.000 description 1
- 239000003989 dielectric material Substances 0.000 description 1
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 1
- 239000013013 elastic material Substances 0.000 description 1
- 238000004870 electrical engineering Methods 0.000 description 1
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 1
- 230000005496 eutectics Effects 0.000 description 1
- 238000010304 firing Methods 0.000 description 1
- PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N gold Chemical compound [Au] PCHJSUWPFVWCPO-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052737 gold Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000010931 gold Substances 0.000 description 1
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 1
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 1
- 238000001465 metallisation Methods 0.000 description 1
- 229910052750 molybdenum Inorganic materials 0.000 description 1
- 239000011733 molybdenum Substances 0.000 description 1
- 230000003313 weakening effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L23/00—Details of semiconductor or other solid state devices
- H01L23/02—Containers; Seals
- H01L23/04—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls
- H01L23/043—Containers; Seals characterised by the shape of the container or parts, e.g. caps, walls the container being a hollow construction and having a conductive base as a mounting as well as a lead for the semiconductor body
-
- H—ELECTRICITY
- H01—ELECTRIC ELEMENTS
- H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
- H01L29/00—Semiconductor devices adapted for rectifying, amplifying, oscillating or switching, or capacitors or resistors with at least one potential-jump barrier or surface barrier, e.g. PN junction depletion layer or carrier concentration layer; Details of semiconductor bodies or of electrodes thereof ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/66—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor
- H01L29/86—Types of semiconductor device ; Multistep manufacturing processes therefor controllable only by variation of the electric current supplied, or only the electric potential applied, to one or more of the electrodes carrying the current to be rectified, amplified, oscillated or switched
- H01L29/861—Diodes
Abstract
Description
Область техникиTechnology area
[1] Изобретение относится к области электротехники, в частности, к бесщеточным синхронным электрическим машинам, содержащим вращающиеся выпрямители, а более точно, к используемым во вращающихся выпрямителях полупроводниковым диодам, в которых полупроводниковый элемент заключен в герметичный корпус.[1] The invention relates to the field of electrical engineering, in particular, to brushless synchronous electric machines containing rotating rectifiers, and more specifically to semiconductor diodes used in rotating rectifiers, in which the semiconductor element is enclosed in a sealed housing.
[2] В контексте настоящего изобретения под электрической машиной понимается электромеханическое устройство, предназначенное для преобразования механической энергии в электрическую и наоборот, а именно генераторы электрического тока и электродвигатели. Обращая внимание на тот факт, что изобретение может быть использовано в любой из указанных электрических машин, авторы изобретения полагают, что основным направлением для использования изобретения являются генераторы электрического тока, а именно – бесщеточные высокооборотные синхронные генераторы, преимущественно предназначенные для применения в системах электроснабжения летательных аппаратов.[2] In the context of the present invention, an electrical machine is understood to mean an electromechanical device for converting mechanical energy into electrical energy and vice versa, namely generators of electric current and electric motors. Paying attention to the fact that the invention can be used in any of the specified electrical machines, the inventors believe that the main direction for using the invention is electric current generators, namely, brushless high-speed synchronous generators, mainly intended for use in power supply systems for aircraft ...
Предпосылки к созданию изобретенияBackground to the invention
[3] Диоды, используемые во вращающихся выпрямителях высокооборотных синхронных генераторов, требуют эффективного охлаждения, которое обеспечивается путем создания вокруг диодов атмосферы из жидкостно-воздушной смеси. Сочетание таких факторов воздействия на диоды, как значительная центробежная сила, обусловленная высокой частотой вращения выпрямителя, химическая активность охлаждающей жидкости, температурные перепады и т.п. способно привести к разгерметизации корпуса диода или к прерыванию электрической цепи между полупроводниковым элементом и электродным выводом, что влечет неминуемый выход диода из строя.[3] Diodes used in rotating rectifiers of high speed synchronous generators require efficient cooling, which is achieved by creating a liquid-air atmosphere around the diodes. The combination of such factors affecting the diodes as a significant centrifugal force due to the high frequency of rotation of the rectifier, the chemical activity of the coolant, temperature differences, etc. can lead to depressurization of the diode body or to the interruption of the electrical circuit between the semiconductor element and the electrode terminal, which leads to the inevitable failure of the diode.
[4] В патентной публикации CN 204130550 U, 28.01.2015 раскрыт диод, в котором полупроводниковый элемент, прикрепленный к основанию, располагается в замкнутом пространстве между основанием и куполообразным элементом. Полупроводниковый элемент соединен с электродным выводом, выходящим из замкнутого пространства через центральное отверстие куполообразного элемента. Изолирующий элемент, препятствующий электрическому контакту между электродным выводом и куполообразным элементом, установлен в упомянутом центральном отверстии и выполнен в виде резиновой втулки. Изолирующий элемент выполняет также функции:[4] Patent publication CN 204130550 U, 01.28.2015 discloses a diode in which a semiconductor element attached to a base is disposed in an enclosed space between the base and the dome-shaped element. The semiconductor element is connected to an electrode lead emerging from the enclosed space through the central opening of the dome-shaped element. An insulating element preventing electrical contact between the electrode lead and the dome-shaped element is installed in the said central hole and is made in the form of a rubber sleeve. The insulating element also performs the following functions:
- уплотнителя между электродным выводом и куполообразным элементом для герметизации замкнутого пространства,- a seal between the electrode lead and the domed element to seal the enclosed space,
- демпфера, допускающего небольшие отклонения электродного вывода от вертикального положения без разрушения уплотнителя и вызванной этим разгерметизации замкнутого пространства. - a damper that allows small deviations of the electrode terminal from the vertical position without destroying the seal and the resulting depressurization of the enclosed space.
[5] Один из недостатков описанного выше диода состоит в слабой продольной фиксации электродного вывода на куполообразном элементе. В результате этого при приложении к электродному выводу даже небольшого усилия, действующего в осевом направлении диода, электродный вывод может легко оторваться от полупроводникового элемента, и электрический контакт между ними будет прерван.[5] One of the disadvantages of the above-described diode is the poor longitudinal fixation of the electrode terminal on the domed element. As a result, when even a small force is applied to the electrode terminal, acting in the axial direction of the diode, the electrode terminal can easily come off the semiconductor element, and the electrical contact between them will be interrupted.
[6] Кроме того, при использовании такого диода во вращающемся выпрямителе, центробежная сила будет сжимать эластичный изолирующий элемент в ту сторону центрального отверстия, которая в радиальном направлении является внешней по отношению к оси вращения диода, что приведет к ослаблению уплотнения с противоположной стороны центрального отверстия и разгерметизации замкнутого пространства. Заметим, что диод вращающегося выпрямителя, как правило, установлен так, что его продольная ось смещена относительно оси вращения диода, совпадающей с осью вала электрической машины.[6] In addition, when such a diode is used in a rotating rectifier, the centrifugal force will compress the elastic insulating element towards the side of the central hole that is radially external to the axis of rotation of the diode, which will lead to a weakening of the seal on the opposite side of the central hole and depressurization of the enclosed space. Note that the diode of a rotating rectifier, as a rule, is installed so that its longitudinal axis is displaced relative to the axis of rotation of the diode, which coincides with the axis of the electric machine shaft.
[7] В патентной публикации RU193911U1, 21.11.2019 раскрыт диод, конструкция которого в целом аналогична описанной выше с тем основным отличием, что изолирующий элемент выполнен из стекла. Поскольку в данном диоде изолирующий элемент является твердым, то его отжимания от центрального отверстия куполообразного элемента со стороны оси вращении диода не происходит. Одновременно с этим в данном диоде может быть обеспечена продольная фиксация электродного вывода на куполообразном элементе.[7] In patent publication RU193911U1, 11/21/2019, a diode is disclosed, the design of which is generally similar to that described above with the main difference that the insulating element is made of glass. Since the insulating element in this diode is solid, then it is not squeezed out from the central hole of the dome-shaped element from the side of the axis of rotation of the diode. At the same time, in this diode, longitudinal fixation of the electrode lead on the dome-shaped element can be provided.
[8] Однако данный диод имеет существенный недостаток, который обусловлен хрупкостью стекла и малым размером той области изолирующего элемента, которая контактирует с электродным выводом в любом поперечном направлении диода. Ввиду последнего обстоятельства какое-либо воздействие на электродный вывод в поперечном направлении диода сопровождается возникновением концентрации напряжений в изолирующем элементе, а поскольку изолирующий элемент выполнен из хрупкого материала, то концентрация напряжений может вызвать растрескивание изолирующего элемента, потерю герметичности замкнутого пространства и выход диода из строя.[8] However, this diode has a significant drawback, which is due to the fragility of the glass and the small size of the area of the insulating element that contacts the electrode terminal in any transverse direction of the diode. In view of the latter circumstance, any effect on the electrode terminal in the transverse direction of the diode is accompanied by the appearance of a stress concentration in the insulating element, and since the insulating element is made of a brittle material, the stress concentration can cause cracking of the insulating element, loss of tightness of the closed space and diode failure.
[9] Техническая проблема, на решение которой направлено изобретение, состоит в разработке такой конструкции диода для вращающегося выпрямителя, которая могла бы одновременно повысить:[9] The technical problem to be solved by the invention is the development of such a diode design for a rotating rectifier, which could simultaneously increase:
- надежность герметизации замкнутого пространства, в котором расположен полупроводниковый элемент,- reliability of sealing the enclosed space in which the semiconductor element is located,
- надежность электрического контакта между полупроводниковым элементом и электродным выводом.- reliability of electrical contact between the semiconductor element and the electrode terminal.
Сущность изобретенияThe essence of the invention
[10] Для решения указанной технической проблемы в качестве изобретения предложен диод для вращающегося выпрямителя, содержащий полупроводниковый элемент, основание, куполообразный элемент, электродный вывод и изолирующий элемент. Полупроводниковый элемент располагается в замкнутом пространстве между основанием и куполообразным элементом. Электродный вывод, куполообразный элемент, полупроводниковый элемент и основание в указанном порядке являются элементами электрической цепи диода. Изолирующий элемент препятствует прямому электрическому контакту между куполообразным элементом и основанием. Куполообразный элемент при этом соединен с электродным выводом на своем купольном участке и соединен с полупроводниковым элементом на своем краевом участке.[10] To solve this technical problem, a diode for a rotary rectifier is proposed as an invention comprising a semiconductor element, a base, a dome-shaped element, an electrode terminal and an insulating element. The semiconductor element is located in an enclosed space between the base and the dome element. The electrode lead, dome, semiconductor, and base, in that order, are elements of the electrical circuit of the diode. The insulating element prevents direct electrical contact between the dome and the base. In this case, the dome-shaped element is connected to the electrode terminal in its dome section and connected to the semiconductor element in its edge section.
[11] Технический результат изобретения состоит в том, что любое поперечное воздействие на электродный вывод распределяется через протяженный краевой участок куполообразного элемента на большой площади изолирующего элемента, а значит, концентрации напряжений, способной вызвать разрушение изолирующего элемента, не возникает. Кроме того, электродный вывод имеет жесткое прикрепление и надежный электрический контакт с куполообразным элементом без нахождения между ними каких-либо промежуточных элементов, выполненных из хрупких или эластичных материалов. В свою очередь, электрическое соединение между куполообразным элементом и полупроводниковым элементом обеспечено внутри защищенного замкнутого пространства. В результате этого никакое поперечное или продольное воздействие на электродный вывод, имеющее случайный или предсказуемый характер, не способно нарушить целостность электрической цепи между полупроводниковым элементом и электродным выводом. [11] The technical result of the invention is that any transverse effect on the electrode terminal is distributed through the extended edge portion of the dome-shaped element over a large area of the insulating element, which means that the stress concentration that can cause the destruction of the insulating element does not occur. In addition, the electrode lead has a rigid attachment and reliable electrical contact with the dome-shaped element without finding any intermediate elements made of fragile or elastic materials between them. In turn, the electrical connection between the dome-shaped element and the semiconductor element is provided within a protected enclosed space. As a result, no random or predictable lateral or longitudinal action on the electrode terminal is capable of disrupting the electrical continuity between the semiconductor element and the electrode terminal.
[12] В первом частном случае изобретения куполообразный элемент имеет центральное отверстие, а электродный вывод выполнен в виде грибообразной вставки, содержащей штыревой и дисковый участки, при этом дисковый участок электродного вывода прикреплен к внутренней поверхности куполообразного элемента, а штыревой участок электродного вывода проходит через центральное отверстие куполообразного элемента. Данный частный случай позволяет максимизировать механическую прочность и герметичность скрепления электродного вывода и куполообразного элемента.[12] In the first particular case of the invention, the dome-shaped element has a central hole, and the electrode lead is made in the form of a mushroom-shaped insert containing pin and disc portions, while the disc portion of the electrode lead is attached to the inner surface of the dome-shaped element, and the pin portion of the electrode lead passes through the central opening of the domed element. This particular case allows you to maximize the mechanical strength and tightness of the bonding of the electrode lead and the domed element.
[13] Во втором частном случае изобретения основание имеет пьедестальную и опорную поверхности, которые обращены в сторону куполообразного элемента и лежат в плоскостях, проходящих перпендикулярно продольной оси диода. На пьедестальной поверхности размещен полупроводниковый элемент, а опорная поверхность служит опорой для куполообразного элемента. Изолирующий элемент при этом расположен между опорной поверхностью и краевым участком куполообразного элемента. Данный частный случай позволяет обеспечить оптимальное взаимное расположение полупроводникового элемента и краевого участка куполообразного элемента с точки зрения технологичности выполнения электрического соединения между ними.[13] In the second particular case of the invention, the base has a pedestal and support surfaces that face the dome-shaped element and lie in planes that run perpendicular to the longitudinal axis of the diode. A semiconductor element is placed on the pedestal surface, and the support surface serves as a support for the dome-shaped element. In this case, the insulating element is located between the support surface and the edge section of the dome-shaped element. This particular case makes it possible to ensure the optimal mutual arrangement of the semiconductor element and the edge section of the dome-shaped element from the point of view of the manufacturability of the electrical connection between them.
[14] В развитии второго частного случая изолирующий элемент выполнен в виде керамического кольца. Благодаря тому, что керамика обладает чрезвычайно высоким электрическим сопротивлением, данное исполнение позволяет исключить протекание электрического тока напрямую между куполообразным элементом и основанием. Кроме того, ввиду высокой жесткости керамики данное исполнение позволяет произвести плотное прижатие друг к другу изолирующего элемента и основания, а также куполообразного элемента и изолирующего элемента при их скреплении, что способствует прочности скрепления и обеспечению заданной точности взаимного расположения данных элементов. Далее, керамика обладает высокой термостойкостью, благодаря чему становится возможным применение высокотемпературных методов обработки и монтажа.[14] In the development of the second special case, the insulating element is made in the form of a ceramic ring. Due to the fact that ceramics have an extremely high electrical resistance, this design eliminates the flow of electric current directly between the dome and the base. In addition, due to the high rigidity of the ceramics, this design allows the insulating element and the base to be tightly pressed against each other, as well as the dome-shaped element and the insulating element when they are bonded, which contributes to the strength of the bonding and ensures the specified accuracy of the relative position of these elements. Further, the ceramics are highly heat-resistant, which makes it possible to apply high-temperature processing and assembly methods.
[15] В другом развитии второго частного случая основание имеет стержневой и фланцевый элементы, при этом пьедестальная поверхность расположена на торцевой поверхности стержневого элемента, а опорная поверхность расположена на торцевой поверхности фланцевого элемента. В этом исполнении диод посредством своего фланцевого элемента способен опираться, например, на радиатор вращающегося выпрямителя.[15] In another development of the second special case, the base has rod and flange elements, while the pedestal surface is located on the end surface of the rod element, and the support surface is located on the end surface of the flange element. In this embodiment, the diode, by means of its flange element, can be supported, for example, on the radiator of a rotating rectifier.
[16] Одновременно с этим указанный стержневой элемент может являться первым стержневым элементом, а указанная торцевая поверхность фланцевого элемента может являться первой торцевой поверхностью фланцевого элемента. В последнем случае основание содержит второй стержневой элемент, который по отношению к первому стержневому элементу расположен с стороны второй торцевой поверхности фланцевого элемента, а на боковой поверхности второго стержневого элемента выполнена резьба. Данное исполнение предоставляет возможность закрепления диода на радиаторе вращающегося выпрямителя при помощи резьбового соединения с обеспечением надежного электрического контакта.[16] At the same time, the specified rod element may be the first rod element, and the specified end surface of the flange element may be the first end surface of the flange element. In the latter case, the base contains a second rod element, which with respect to the first rod element is located on the side of the second end surface of the flange element, and a thread is made on the side surface of the second rod element. This design makes it possible to fasten the diode to the radiator of the rotating rectifier by means of a threaded connection, ensuring reliable electrical contact.
[17] В еще одном развитии второго частного случая на поверхности изолирующего элемента, обращенной к куполообразному элементу, выполнено электропроводящее покрытие, которое имеет электрическое соединение с полупроводниковым элементом. Краевой участок куполообразного элемента при этом находится в электрическом контакте с электропроводящим покрытием изолирующего элемента. Данное исполнение позволяет выполнить электрическое соединение между куполообразным элементом и полупроводниковым элементом непосредственно на изолирующем элементе, который имеет высокое термическое сопротивление и который в дальнейшем не подвергается прямому тепловому воздействию при выполнении высокотемпературной сварки. В результате этого повышается надежность электрической цепи между полупроводниковым элементом и куполообразным элементом.[17] In another development of the second particular case, an electrically conductive coating is formed on the surface of the insulating element facing the dome-shaped element, which is electrically connected to the semiconductor element. The edge portion of the domed element is in this case in electrical contact with the electrically conductive coating of the insulating element. This design allows the electrical connection between the dome-shaped element and the semiconductor element to be made directly on the insulating element, which has a high thermal resistance and which is not further exposed to direct thermal effects when performing high-temperature welding. As a result, the reliability of the electrical circuit between the semiconductor element and the dome element is improved.
[18] В последнем исполнении электрическое соединение между электропроводящим покрытием изолирующего элемента и полупроводниковым элементом может быть выполнено с помощью проволочных элементов. Данное исполнение позволяет простым и надежным способом обеспечить электрическое соединение между разнесенными в пространстве полупроводниковым элементом и электропроводящим покрытием изолирующего элемента. [18] In the latter embodiment, the electrical connection between the electrically conductive coating of the insulating element and the semiconductor element can be made using wire elements. This design makes it possible to provide an electrical connection between the spaced-apart semiconductor element and the electrically conductive coating of the insulating element in a simple and reliable way.
[19] В еще одном развитии второго частного случая между изолирующим элементом и опорной поверхностью основания размещена шайба, выполненная из материала, коэффициент температурного расширения которого лежит в диапазоне между коэффициентами температурного расширения материалов основания и изолирующего элемента. Данное исполнение позволяет сгладить взаимное смещение основания и изолирующего элемента, вызванное разностью их коэффициентов температурного расширения, и тем самым предотвратить растрескивание изолирующего элемента при осуществлении высокотемпературной пайки для закрепления изолирующего элемента на основании.[19] In another development of the second special case, between the insulating element and the supporting surface of the base there is a washer made of a material, the coefficient of thermal expansion of which lies in the range between the coefficients of thermal expansion of the base materials and the insulating element. This design makes it possible to smooth out the mutual displacement of the base and the insulating element caused by the difference in their coefficients of thermal expansion, and thereby prevent cracking of the insulating element when performing high-temperature brazing to fix the insulating element on the base.
[20] В еще одном развитии второго частного случая между изолирующим элементом и краевым участком куполообразного элемента размещена токопроводящая шайба. Данное исполнение позволяет осуществить закрепление куполообразного элемента на изолирующем элементе при помощи шовно-роликовой или импульсной лазерной сварки.[20] In another development of the second special case, a conductive washer is placed between the insulating element and the edge portion of the dome-shaped element. This design allows the dome-shaped element to be attached to the insulating element using seam-roller or pulsed laser welding.
Краткое описание чертежейBrief Description of Drawings
[21] Осуществление изобретения будет пояснено ссылками на фигуры:[21] The implementation of the invention will be explained with reference to the figures:
Фиг. 1 –диод, выполненный согласно изобретению, продольный разрез;FIG. 1 - diode made according to the invention, longitudinal section;
Фиг. 2 – диод, выполненный согласно изобретению, вид в изометрии;FIG. 2 is a perspective view of a diode according to the invention;
Фиг. 3 – основание диода с установленными термокомпенсационной шайбой и изолирующим элементом, вид в изометрии;FIG. 3 - diode base with installed thermal compensation washer and insulating element, isometric view;
Фиг. 4 – основание диода с установленными термокомпенсационной шайбой, изолирующим элементом и полупроводниковым элементом, вид в изометрии;FIG. 4 - diode base with installed thermal compensation washer, insulating element and semiconductor element, isometric view;
Фиг. 5 - основание диода с установленными термокомпенсационной шайбой изолирующим элементом, полупроводниковым элементом и токопроводящей шайбой, вид в изометрии.FIG. 5 - diode base with an insulating element, a semiconductor element and a conductive washer installed with a thermal compensation washer, isometric view.
[22] Форма и размеры отдельных элементов, отображенных на фигурах, являются условными и показаны так, чтобы наиболее наглядно проиллюстрировать взаимное расположение элементов диода и их причинно-следственную связь с заявленными техническими результатами. [22] The shape and size of the individual elements shown in the figures are conditional and shown so as to most clearly illustrate the relative position of the diode elements and their causal relationship with the claimed technical results.
Осуществление изобретенияImplementation of the invention
[23] Осуществление изобретения будет показано на наилучших известных авторам примерах реализации изобретения, которые не являются ограничениями в отношении объема охраняемых прав.[23] The implementation of the invention will be shown on the best known to the authors examples of the implementation of the invention, which are not restrictions on the scope of protected rights.
[24] Диод 1 для вращающегося выпрямителя, показанный на Фиг. 1 и 2, содержит полупроводниковый элемент 10, основание 20, куполообразный элемент 30, электродный вывод 40, изолирующий элемент 50, термокомпенсационную шайбу 60 и токопроводящую шайбу 70. Электродный вывод 40, куполообразный элемент 30, полупроводниковый элемент 10 и основание 20 в указанном порядке являются элементами электрической цепи диода, в которой полупроводниковый элемент 10 способен пропускать электрический ток только в направлении от электродного вывода 40 к основанию 20.[24] The
[25] Основание 20 выполнено из меди с золотым покрытием и представляет собой соосно расположенные первый стержневой элемент 21, фланцевый элемент 22 и второй стержневой элемент 23, выполненные заодно в виде единой детали. Фланцевый элемент 22 имеет первый и второй опорные участки 221 и 225 (Фиг. 2), при этом первый и второй стержневые элементы 21 и 23 расположены соответственно со стороны первого и второго опорных участков 221 и 225.[25] The
[26] На первом опорном участке 221 находится первая торцевая поверхность 222 фланцевого элемента 22, содержащая первую опорную поверхность 223 (Фиг. 1), через которую основание 20 жестко соединяется с куполообразным элементом 30. На первой опорной поверхности 223 посредством пайки с серебросодержащим припоем, осуществленной при температуре 830-870°С в восстановительной среде, закреплена термокомпенсационная шайба 60, выполненная из молибденово-медного сплава с никелевым покрытием, а поверх нее таким же способом закреплен изолирующий элемент 50, выполненный в виде керамического кольца и далее именуемый как изолирующее кольцо 50.[26] On the
[27] Изолирующее кольцо 50 выполнено из радиотехнической корундовой керамики с последующей металлизацией его плоских поверхностей путем нанесения молибденовой пасты и ее вжигания при температуре 830-850°С. Кроме того, металлизированные данным образом поверхности изолирующего кольца 50 получают никелевое покрытие. Благодаря свойствам данного керамического материала, изготовленное из него изолирующее кольцо 50 обладает высокими показателями жесткости и термостойкости, что позволяет использовать высокотемпературные способы обработки и монтажа. [27] The insulating
[28] Молибденово-медный сплав имеет коэффициент температурного расширения, являющийся промежуточным между аналогичными коэффициентами для меди, который имеет большую величину, и для керамики, который имеет малую величину. Соответственно, закрепление изолирующего кольца 50 на медном фланцевом элементе 22, выполненное через молибденово-медную термокомпенсационную шайбу 60, позволяет избежать растрескивания изолирующего кольца 50, вызванного значительным относительным увеличением размера первого опорного участка 221 при высокотемпературной пайке.[28] Molybdenum-copper alloy has a coefficient of thermal expansion that is intermediate between those for copper, which has a large value, and for ceramics, which has a small value. Accordingly, securing the insulating
[29] Поскольку керамика является диэлектриком, изолирующее кольцо 50 представляет собой изолирующий элемент, не пропускающий электрический ток между описанным ниже краевым участком 33 куполообразного элемента 30 и фланцевым элементом 22. Тем не менее на поверхности 51 изолирующего кольца 50, которая противоположна поверхности, контактирующей с термокомпенсационной шайбой 60 (Фиг. 3), нанесено электропроводящее покрытие 52.[29] Since the ceramic is a dielectric, the insulating
[30] На втором опорном участке 225 находится вторая торцевая поверхность 226 фланцевого элемента 22, содержащая вторую опорную поверхность 227 (Фиг. 1), через которую основание 20 опирается на радиатор вращающегося выпрямителя.[30] On the
[31] Радиальная поверхность 224 первого опорного участка 221 представляет собой цилиндрическую поверхность, в то время как радиальная поверхность 228 второго опорного участка 225 является призматической поверхностью с шестигранным поперечным сечением (Фиг. 2).[31] The
[32] Первый стержневой элемент 21 на своей торцевой поверхности имеет пьедестальную поверхность 211 (Фиг. 3), предназначенную для закрепления на ней полупроводникового элемента 10 (Фиг. 4). Следует отметить, что форма поперечного сечения первого стержневого элемента 21, как и форма пьедестальной поверхности 211 соответствуют форме полупроводникового элемента 10, и в диоде 1 представляют собой квадрат.[32] The
[33] Второй стержневой элемент 23 имеет цилиндрическую боковую поверхность 231 (Фиг. 3), на которой выполнена резьба (Фиг. 1), позволяющая закрепить основание 20 на радиаторе вращающегося выпрямителя при помощи резьбового соединения с обеспечением надежного электрического контакта. Затяжка данного резьбового соединения осуществляется через призматическую радиальную поверхность 228 второго опорного участка 225.[33] The
[34] Куполообразный элемент 30 представляет собой тонкостенную оболочку, выполненную из никеля, и содержит купольный участок 31 с круглым центральным отверстием 32 (Фиг. 1, на Фиг. 2 не отражено) и плоский краевой участок 33, пролегающий перпендикулярно продольной оси куполообразного элемента 30 (Фиг. 1, 2). Под купольным участком 31 понимается тот участок куполообразного элемента 30, который обращен к описанному ниже замкнутому пространству 35, т.е. по существу весь куполообразный элемент 30 за исключением краевого участка 33.[34] The dome-shaped
[35] С куполообразным элементом 30 соединен электродный вывод 40, выполненный из меди с никелевым покрытием. Электродный вывод 40 выполнен в виде грибообразной вставки, которая содержит дисковый участок 41 и цилиндрический штыревой участок 42 (на Фиг. 2 не показан). Штыревой участок 42 пропущен в центральное отверстие 32, а дисковый участок 42 по всему своему периметру прикреплен к внутренней поверхности купольного участка 31 посредством пайки с серебросодержащим припоем, осуществленной при температуре 830-870°С в восстановительной среде. В результате этого между куполообразным элементом 30 и электродным выводом 40 образовано прочное соединение, герметизирующее отверстие 32 и обеспечивающее надежный электрический контакт. Верхняя часть штыревого участка 42 расплющена с выполнением сквозного отверстия и представляет собой контактный участок 43. В завершение процесса сборки куполообразный элемент 30 и электродный вывод 40 получают золотое покрытие. [35] Connected to the
[36] Полупроводниковый элемент 10 закреплен на пьедестальной поверхности 211, например методом эвтектической пайки так, что между первым стержневым элементом 21 и полупроводниковым элементом 10 обеспечен электрический контакт. Тем временем, полупроводниковый элемент 10 при помощи алюминиевых проволочных элементов 11 соединен с электропроводящим покрытием 52 изолирующего кольца 50. Обратим внимание, что в предпочтительном случае электропроводящее покрытие 52 и пьедестальная поверхность 211 лежат в одной плоскости, как это показано на Фиг. 1 и 4.[36] The
[37] Далее, на электропроводящем покрытии 52 изолирующего кольца 50 посредством пайки с серебросодержащим припоем, осуществленной при температуре 830-870°С в восстановительной среде, закреплена токопроводящая шайба 70 (Фиг. 1 и 5), выполненная из молибденово-медного сплава с никелевым покрытием. В свою очередь, на токопроводящей шайбе 70 закреплен краевой участок 33 куполообразного элемента 30 (Фиг. 1 и 2), при этом между электропроводящим покрытием 52 изолирующего кольца 50 и токопроводящей шайбой 70, а также между токопроводящей шайбой 70 и краевым участком 33 куполообразного элемента 30 обеспечен электрический контакт.[37] Further, on the electrically
[38] Размещение токопроводящей шайбы 70 между куполообразным элементом 30 и изолирующим кольцом 50 позволяет использовать шовно-роликовую или импульсную лазерную сварку для прикрепления куполообразного элемента 30 к основанию 20, что было бы невозможно при непосредственном соединении куполообразного элемента 30 и изолирующего кольца 50. Данный вид сварки обеспечивает герметичность соединения и надежный электрический контакт между соединяемыми элементами. [38] The placement of the
[39] Следует отметить, что материал токопроводящей шайбы 70 (молибденово-медный сплав) имеет коэффициент температурного расширения, являющийся промежуточным между таковыми для материалов куполообразного элемента (никель) и изолирующего кольца 50 (керамика). Соответственно, помимо указанного выше, токопроводящая шайба 70 имеет такое же предназначение, что и термокомпенсационная шайба 60, а именно предотвращение растрескивания изолирующего кольца 50 по причине значительного относительного увеличения размера краевого участка 33 куполообразного элемента 30 при высокотемпературной сварке.[39] It should be noted that the material of the conductive washer 70 (molybdenum-copper alloy) has a coefficient of thermal expansion that is intermediate between that of the materials of the dome element (nickel) and the insulating ring 50 (ceramic). Accordingly, in addition to the above, the
[40] В контексте настоящего изложения термины «элементы жестко соединены друг с другом», «элементы жестко прикреплены друг к другу» и т.п. означают такую взаимную связь между какими-либо двумя элементами, при которой эти элементы представляют собой одно целое или, другими словами, единое тело, даже если между этими элементами расположены какие-либо промежуточные элементы. Таким образом, в диоде 1 куполообразный элемент 30 жестко закреплен на основании 20 с опорой на ее первую опорную поверхность 223, при этом данное закрепление осуществлено через токопроводящую шайбу 70, изолирующее кольцо 50 и термокомпенсационную шайбу 60. В результате этого между куполообразным элементом 30 и основанием 20 образуется замкнутое пространство 35 (Фиг. 1), в котором размещен полупроводниковый элемент 10.[40] In the context of the present disclosure, the terms "elements are rigidly connected to each other", "elements are rigidly attached to each other" and the like. mean such a mutual relationship between any two elements in which these elements represent one whole or, in other words, a single body, even if any intermediate elements are located between these elements. Thus, in the
[41] В контексте настоящего изложения термин «электрически соединены друг с другом», использованный в отношении каких-либо двух элементов, означает, что данные два элемента включены в электрическую цепь диода, при этом между этими двумя элементами могут быть включены иные элементы. Таким образом, признак «куполообразный элемент 30 соединен с полупроводниковым элементом 10 на своем краевом участке 33» включает в себя описанную выше конфигурацию, когда между краевым участком 33 и полупроводниковым элементом 10 в электрическую цепь включены токопроводящая шайба 70, электропроводящее покрытие 52 и проволочные элементы 11.[41] In the context of the present disclosure, the term "electrically connected to each other" used in relation to any two elements means that these two elements are included in the electrical circuit of the diode, while other elements may be included between the two elements. Thus, the feature "the dome-shaped
[42] В контексте настоящего изложения термин «имеют прямой электрический контакт друг с другом», использованный в отношении каких-либо двух элементов, означает, что данные два элемента включены в электрическую цепь диода, при этом между этими двумя элементами не включен какой-либо другой из элементов электрической цепи диода, а именно: электродный вывод, куполообразный элемент, полупроводниковый элемент и основание. Таким образом, куполообразный элемент 30 не имеет прямого электрического контакта с основанием 20, поскольку либо в электрической цепи диода между ними включен полупроводниковый элемент 10, либо электрическая цепь отсутствует ввиду диэлектрических свойств изолирующего кольца 50, расположенного между куполообразным элементом 30 и основанием 20. [42] In the context of the present disclosure, the term "have direct electrical contact with each other", used in relation to any two elements, means that these two elements are included in the electrical circuit of the diode, while there is no another of the elements of the electrical circuit of the diode, namely: an electrode terminal, a dome-shaped element, a semiconductor element, and a base. Thus, the dome-shaped
[43] Далее, изолирующее кольцо 50 не обязательно должно быть выполнено из керамики. Тем не менее, другие известные твердые и термостойкие диэлектрические материалы также являются достаточно жесткими и хрупкими, как например, стекло в описанном выше известном решении. Однако независимо от материала, выбранного для изготовления изолирующего кольца 50, благодаря большой площади контакта токопроводящей шайбы 70 и изолирующего кольца 50, какие-либо механические воздействия, передаваемые со стороны электродного вывода 40 на изолирующее кольцо 50 через куполообразный элемент 30, распределяются по большой площади изолирующего кольца 50, а значит, в материале изолирующего кольца 50 не возникает концентрации напряжений, способной вызвать разрушение изолирующего кольца 50. [43] Further, the insulating
[44] Обратим также внимание на то, что электрическое соединение полупроводникового элемента 10 с электропроводящим покрытием 52, выполненное посредством проволочных элементов 11, расположено внутри замкнутого пространства и защищено куполообразным элементом 30. Благодаря этому, а также с учетом протяженного и надежного скрепления куполообразного элемента 30 и изолирующего кольца 50, какие-либо механические воздействия на электродный вывод 40 не создают риска прерывания электрического соединения между электродным выводом 40 и полупроводниковым элементом 10, что является принципиальным отличием диода 1 от известных решений.[44] Note also that the electrical connection of the
[45] Далее, в диоде 1 электрический ток протекает через купольный участок 31 куполообразного элемента 30, т.е. внешняя поверхность диода 1 находится под напряжением. Тем не менее, это не ставит под сомнение безопасность использования диода 1 ввиду того, что диод 1 предназначен для использования во вращающемся выпрямителе, который располагается внутри корпуса синхронной электрической машины. Кроме того, электрический ток, проходящий через диод 1, может возникать только при условии вращения вала, на котором закреплен диод 1, а в этих условиях никакой физический контакт с диодом 1 невозможен. [45] Further, in the
[46] Следует отметить, что в диоде 1 купольный участок 31 куполообразного элемента 30 имеет форму закрытого сверху плоского цилиндра, которая позволяет надежно и герметично закрепить дисковый участок 42 электродного вывода 40, а также обеспечить достаточный объем и оптимальную конфигурацию замкнутого пространства 35. Тем не менее, купольный участок 31 куполообразного элемента 30 может иметь любую форму при том условии, что замкнутое пространство 35, образованное при соединении куполообразного элемента 30 с основанием 20, способно вместить полупроводниковый элемент 10, проволочные элементы 11 и участок электропроводящего покрытия 52 достаточный для присоединения проволочных элементов 11. Например, купольный участок 31 может также иметь форму полусферы, усеченного конуса, усеченной пирамиды, закрытого сверху высокого цилиндра, закрытой сверху призмы или иную форму.[46] It should be noted that in the
Claims (15)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107512A RU2757166C1 (en) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Diode for rotary rectifier of synchronous electric machine |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2021107512A RU2757166C1 (en) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Diode for rotary rectifier of synchronous electric machine |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU2757166C1 true RU2757166C1 (en) | 2021-10-11 |
Family
ID=78286534
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2021107512A RU2757166C1 (en) | 2021-03-22 | 2021-03-22 | Diode for rotary rectifier of synchronous electric machine |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU2757166C1 (en) |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2201016C2 (en) * | 2000-12-14 | 2003-03-20 | Новиков Александр Васильевич | Semiconductor power device mechanical design |
CN201438458U (en) * | 2009-08-21 | 2010-04-14 | 朝阳无线电元件有限责任公司 | Metal packaged transient voltage suppressor diode |
CN108987363A (en) * | 2018-07-06 | 2018-12-11 | 西安卫光科技有限公司 | A kind of Metal Packaging rectifier diode and its manufacturing method |
RU193911U1 (en) * | 2019-09-10 | 2019-11-21 | Акционерное общество «Оптрон-Ставрополь» | Power Semiconductor Diode |
-
2021
- 2021-03-22 RU RU2021107512A patent/RU2757166C1/en active
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU2201016C2 (en) * | 2000-12-14 | 2003-03-20 | Новиков Александр Васильевич | Semiconductor power device mechanical design |
CN201438458U (en) * | 2009-08-21 | 2010-04-14 | 朝阳无线电元件有限责任公司 | Metal packaged transient voltage suppressor diode |
CN108987363A (en) * | 2018-07-06 | 2018-12-11 | 西安卫光科技有限公司 | A kind of Metal Packaging rectifier diode and its manufacturing method |
RU193911U1 (en) * | 2019-09-10 | 2019-11-21 | Акционерное общество «Оптрон-Ставрополь» | Power Semiconductor Diode |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US4849803A (en) | Molded resin semiconductor device | |
US3280389A (en) | Freely expanding pressure mounted semiconductor device | |
US4340902A (en) | Semiconductor device | |
US3299328A (en) | Semiconductor device with pressure contact | |
US6271058B1 (en) | Method of manufacturing semiconductor device in which semiconductor chip is mounted facedown on board | |
US7271425B2 (en) | Optoelectronic component | |
US4107727A (en) | Resin sealed semiconductor device | |
US4956696A (en) | Compression loaded semiconductor device | |
US3252060A (en) | Variable compression contacted semiconductor devices | |
US4514587A (en) | High power semiconductor package | |
US3581160A (en) | Semiconductor rectifier assembly having high explosion rating | |
EP0100626A2 (en) | Semi-conductor assembly | |
JP2005515635A (en) | Surface mount package having a die bottom portion spaced a predetermined distance from a support board | |
EP3117455B1 (en) | Semiconductor device | |
RU2757166C1 (en) | Diode for rotary rectifier of synchronous electric machine | |
US3651383A (en) | Unitary high power semiconductor subassembly suitable for mounting on a separable heat sink | |
US3499095A (en) | Housing for disc-shaped semiconductor device | |
US3328650A (en) | Compression bonded semiconductor device | |
US3155885A (en) | Hermetically sealed semiconductor devices | |
US4646131A (en) | Rectifier device | |
US3581163A (en) | High-current semiconductor rectifier assemblies | |
US3450962A (en) | Pressure electrical contact assembly for a semiconductor device | |
US5923083A (en) | Packaging technology for Schottky die | |
US3280383A (en) | Electronic semiconductor device | |
JPH08241956A (en) | Pressure welding housing of semiconductor element |