RU55509U1 - Полупроводниковый прибор - Google Patents

Abstract

Полезная модель относится к электронике и преобразовательной технике. Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели сводится к созданию полупроводникового прибора. Он достигается тем, что полупроводниковый прибор, содержащий корпус с выводами управления, катодным силовым и анодным силовым, основанием, внутри корпуса установлены полупроводниковая структура, выводы управления, при этом основание выполнено в виде изолирующего слоя с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая разделена на, по крайней мере, две области, одна из которых соединена с анодом(катодом) полупроводниковой структуры, другая соединена с катодом(анодом) и с катодным (анодным)силовым выводом или выводом управления полупроводниковой структуры, по крайней мере, одна металлическая поверхность разделена на, по крайней мере, три области, одна из которых соединена с дополнительным изолирующим слоем, который выполнен с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая соединена с выводом управления полупроводниковой структуры. Полупроводниковый прибор содержит: корпус, основание 1 (в виде изоляционной пластины. одна поверхность которой покрыта металлом и разделена на) области 2, полупроводниковую структуру тиристора 3 с катодом 4, электродом управления 5, вспомогательную полупроводниковую структуру тиристора 6 с фотоприемным окном 7, анод 8 которой соединен с катодом 4 полупроводниковой структуры 2, а катод 9 с электродом управления 5 полупроводниковой структуры 2, катод 9 вспомогательной структуры 6 соединен с выводом 10, который соединен с областью 2 через изоляционный слой 11, эластичный прозрачный компаунд 12, непрозрачный эластичный компаунд 13, канавки 14(которые размещены внутри) кольца 15, области р-типа проводимости 16(в виде отрезков линии с переменной подлине шириной), области п-типа проводимости 17, области п-типа проводимости 18, в которой размещены области р-типа проводимости 19(в виде отрезков линий с постоянной шириной), области р-типа проводимости 20(в виде отрезков линии с переменной по длине шириной), две области проводимости 21 в фотоприемном окне тиристора, блок управления 22, содержащий ключ 23, источник опорного напряжения 24, генератор импульсов 25, компаратор 26, конденсатор 27, резистор 28, дополнительный конденсатор 29, полупроводниковый диод 30, узел управления 31, вывода входа 32 блока управления, вывода выхода 33 блока управления, усилитель постоянного тока 34, диод на основе широкозонного полупроводника 35, транзистора 36, двух токозадающих резисторов 37, 38, резистора 39, импульсный трансформатор 40, первичная обмотка 41 (которого соединена с коллектором ключа 23 и катодом диода 30), вторая обмотка 42 (соединена с узлом управления 31) выводами выхода 43.

Description

Полезная модель относится к электронике и может быть использована в преобразовательной технике.

Известен полупроводниковый прибор, состоящий из, по крайней мере, четырех слоев чередующегося типа проводимости и отличающегося высокой чувствительностью к излучению и стойкостью в отношении быстрого нарастания блокирующего напряжения. Особенность прибора в том, что внешний эмиттерный слой имеет узкий выступ, достигающий центра безконтактной кольцевой фоточувствительной области. Такая структура, в частности, предьявляет низкие требования к точности операции травления и обеспечивает высокую степень воспроизводимости при применении селективного травителя (см. А.с. 216650 ЧССР, МКИ H 01 L 31/10, опубл. 01.09.84). Недостатком данного прибора является сложность конструкции, невысокая надежность.

Известен корпус полупроводникового прибора, позволяющий осуществить герметизацию корпуса пластмассой и обеспечивать качественный теплоотвод. Корпус содержит кристаллодержатель и расположенный под ним плоский радиатор большой площади, а пространство между ними заполняется герметизирующей пластмассой. Для повышения теплопроводности области контакта слоя пластмассы с кристаллодержателем и радиатором их поверхности выполняются гофрированными, при этом площадь контакта между разнородными материалами повышается (см. заявка Японии №62-229961, МКИ H 01 L 23/28, опубл. 08.10.87). Недостатком данного корпуса полупроводникового прибора является сложность конструкции и большой расход материалов.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту является полупроводниковый прибор, содержащий корпус с выводами управления, катодным силовым и анодным силовым, последний является одновременно основанием, при этом выводы цепи управления и катодный силовой расположены в одной координатной плоскости, внутри корпуса установлены кремниевый тиристор с фотоприемным окном, соединенный с двумя компенсаторами (анодным и катодным), катодным силовым выводом и основанием, при этом корпус установлен на основании симметрично по центру, а длинные стороны основания выполнены с проточками-замками прямоугольной формы с выступами с обеих сторон и выполненными с возможностью обеспечения адгезии корпуса с основанием, а более короткие стороны выполнены с проточками овальной формы, расположенными симметрично противоположно относительно центра, при этом выводы цепи управления и катодный силовой выполнены с овальными отверстиями (см. пат. РФ №2185690 МКИ H 01 L 31/16, опубл. 20.07.2002).

Недостатком данного прибора является сложность конструкции и низкая надежность. В связи с этим возникла задача разработки полупроводникового прибора, имеющего достаточную в различных климатических и специальных условиях надежность с расширенными функциональными возможностями. Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к созданию полупроводникового прибора определенной конструкции. Технический результат достигается тем, что полупроводниковый прибор, содержащий корпус с выводами управления, катодным силовым и анодным силовым, основанием, внутри корпуса установлены полупроводниковая структура,

выводы управления, основание которого выполнено в виде изолирующего слоя с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая разделена на, по крайней мере, две области, одна из которых соединена с анодом(катодом) полупроводниковой структуры, другая соединена с катодом (анодом) и катодным (анодным)силовым выводом или выводом управления полупроводниковой структуры, по крайней мере, одна металлическая поверхность основания разделена на, по крайней мере, три области, одна из которых соединена с дополнительным изолирующим слоем, который выполнен с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая соединена с выводом управления полупроводниковой структуры, при этом у полупроводниковой структуры тиристора в области п-типа проводимости между электродом управления и катодом размещена область р⁺-типа проводимости с металлизацией, между которой и электродом управления размещены, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости в виде отрезков линии, в области между катодом и областью р⁺-типа проводимости с металлизацией размещены, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости в виде отрезков линии, при этом, по крайней мере, одна область р⁺-типа проводимости выполнена в виде отрезка линии с переменной по длине шириной, при этом между электродом управления и катодом выполнена область р⁺-типа проводимости с металлизацией, между которой и электродом управления размещены, по крайней мере, две канавки, при этом между канавками, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости выполнены в виде отрезков линии, при этом, по крайней мере, одна область р⁺-типа проводимости выполнена в виде отрезка линии с переменной по длине шириной, в области катода тиристора выполнены шунты, плотность которых убывает по мере удаления от электрода управления, при этом в корпусе дополнительно размещена вспомогательная полупроводниковая структура тиристора с фотоприемным окном, анод которой соединен с, по крайней мере, одним катодом, а катод соединен с, по крайней мере, одним электродом управления, по крайней мере, одной полупроводниковой структуры тиристора, при этом в фотоприемном окне вспомогательной полупроводниковой структуры размещены, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости в виде отрезков линии с переменной по длине шириной, две канавки, глубина которых больше глубины эмиттерного перехода, а длина равна или больше 1.2 диаметра фотоприемного окна, при этом области р⁺-типа проводимости размещены между канавками, которые в свою очередь размещены между областями р⁺-типа проводимости, при этом область п-типа проводимости в фотоприемном окне тиристора выполнена с б###U972льшим поверхностным сопротивлением, чем область эмиттерного перехода, при этом на поверхности фотоприемного окна и канавок размещен изолирующий слой, в корпусе размещен блок управления, который содержит источник опорного напряжения, ключ, генератор импульсов, управляемый компаратором и подключенным к генератору импульсов конденсатором, при этом выход генератора импульсов подключен к входу ключа, один вывод которого подключен к элементу управления тиристора с фотоприемным окном или тиристора, второй вывод подключен к одному из входов компаратора и конденсатору, параллельно которому подсоединен резистор, второй вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения, второй вывод элемента управления тиристора с фотоприемным окном или тиристора подключен к одному из выводов для подключения постоянного напряжения, полупроводниковый диод, подключенный между выводом для подключения постоянного напряжения и точкой соединения конденсатора и выхода компаратора, при этом источник опорного напряжения содержит усилитель постоянного тока, диод на основе широкозонного полупроводника (SiC или GaP), транзистора, двух токозадающих резисторов, при этом база транзистора

соединена с анодом диода и выводом первого из токозадающих резисторов, эмиттер транзистора соединен со вторым токозадающим резистором и входом усилителя постоянного тока, выход усилителя постоянного тока соединен с коллектором транзистора и с вторым выводом первого из токозадающих резисторов, вторые выводы диода и первого токозадающего резистора соединены с общим проводом блока управления, при этом ключ выполнен в виде биполярного транзистора или МОП транзистора, или СИТ и МОП транзистора, или IGВТ, при этом изолирующие слои выполнены в виде пластин прямоугольной и (или) круглой формы, при этом пластины выполнены из сапфира и окиси бериллия, или окиси алюминия и нитрида бора, или нитоида алюминия и кремния, при этом основание состоит из двух или нескольких частей, к одной из которых присоединена полупроводниковая структура и вывода, в корпусе размещен дополнительно, по крайней мере, один изолирующий слой эластичного компаунда, в корпусе размещены дополнительного крайней мере, два изолирующих слоя эластичного компаунда, один из которых прозрачный, при этом граница между эластичными компаундами выполнена ступенчатой, при этом блок управления содержит импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к коллектору ключа, а вторая обмотка трансформатора подключена к катодному (анодному) силовому выводу и выводу управления. Полезная модель поясняется на фиг.1-6.

На фиг.1 дан полупроводниковый прибор с основанием 1 (в виде пластины, одна поверхность которой покрыта металлом и разделена на) области 2, полупроводниковой структурой тиристора 3 с катодом 4, электродом управления 5, вспомогательной полупроводниковой структурой тиристора 6 с фотоприемным окном 7, анод 8 которой соединен с катодом 4 полупроводниковой структуры 2, а катод 9 с электродом управления 5 полупроводниковой структуры 2, катод 9 вспомогательной полупроводниковой структуры соединен с выводом 10, который соединен с областью 2 через изоляционный слой 11, полупроводниковые структуры с выводами покрыты эластичным прозрачным компаундом 12 и непрозрачным эластичным компаундом 13. Анод 8 и катод 9 вспомогательной структуры тиристора 6 с фотоприемным окном 7 могут быть соединены с несколькими катодами и электродами управления полупроводниковых структур тиристора - 2, 3 и т.д. Т.е. с помощью только одной вспомогательной полупроводниковой структуры тиристора с фотоприемным окном можно осуществлять управление устройством -полумост, мост и др. на основе тиристоров.

На фиг.2 дано схематическое изображение структуры тиристора 3 с катодом 4 (точками изображена часть шунтов эмиттерного перехода, остальная часть не показана), электродом управления 5, двумя канавками 14 (которые расположены внутри) кольца 15 (металлизация р⁺-области), внутри канавок 14 расположены области р⁺-типа проводимости 16 в виде отрезков линии с переменной по длине шириной, областью п-типа проводимости 17, с областью п-типа проводимости 18, в которой расположены области р⁺-типа проводимости 19 в виде отрезков линий с постоянной шириной и области р⁺-типа проводимости 20 в виде отрезков линии с переменной по длине шириной.

На фиг.3 дано схематическое изображение вспомогательной структуры тиристора 6 с фотоприемным окном 7, внутри которого расположены две канавки 14, область п-типа проводимости 17, две области р⁺-типа проводимости 21 (у катода 4 показана только часть шунтов эмиттерного перехода).

На фиг.4 дана функциональная схема блока управления 22: ключ 23, источник опорного напряжения 24, генератор импульсов 25, компаратор

26, времязадающий конденсатор 27, разрядный резистор 28, дополнительный конденсатор 29, полупроводниковый диод 30 (стабилитрон, например, на основе карбида кремния), узел управления 31 (например, катодный вывод и вывод управления полупроводниковой структуры тиристора или вывода излучающего светодиода), вывода входа 32 блока управления, вывода выхода 33 блока управления.

На фиг.5 дана функциональная схема источника опорного напряжения 24: усилитель постоянного тока 34, диод на основе широкозонного полупроводника 35 (на основе SiC или GaP), транзистора 36 (биполярного, МОП, или IGВТ), двух токозадающих резисторов 37, 38, резистора 39.

На фиг.6 дана функциональная схема управления: блок управления 22 содержит, кроме ключа 23, источника опорного напряжения 24, генератора импульсов 25, компаратора 26, конденсаторов 27, 29, резисторов 28, 37, 38, 39, диода 30, дополнительно импульсный трансформатор 40, первичная обмотка 41 которого соединена с коллектором ключа 23 и катодом диода 30, а вторая обмотка 42 импульсного трансформатора соединена с узлом управления 31 выводами выхода 43.

Изготовлены различные варианты полупроводниковых приборов на основе предлагаемой полезной модели с полупроводниковыми структурами различной конструкции с изоляционными слоями, блоком управления на токи до 80 А и напряжение до 2000 В, испытания которых показали, что они обладают высокой надежностью при различных условиях эксплуатации, обладают широкими функциональными возможностями по сравнению с известными техническими решениями полупроводниковых приборов.

Наиболее целесообразно использование предлагаемого полупроводникового прибора в преобразовательной технике, электроприводе, силовой электронике.

Claims (25)

1. Полупроводниковый прибор, содержащий корпус с выводами управления, катодным силовым и анодным силовым, основанием, внутри корпуса установлены полупроводниковая структура, выводы управления, отличающийся тем, что основание выполнено в виде изолирующего слоя с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая разделена на, по крайней мере, две области, одна из которых соединена с анодом (катодом) полупроводниковой структуры, другая соединена с катодом (анодом) и с катодным (анодным) силовым выводом или выводом управления полупроводниковой структуры.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна металлическая поверхность основания разделена на, по крайней мере, три области, одна из которых соединена с, по крайней мере, одним дополнительным изолирующим слоем, который выполнен с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая соединена с выводом управления полупроводниковой структуры.

3. Прибор по п.2, отличающийся тем, что у полупроводниковой структуры тиристора в области п-типа проводимости между электродом управления и катодом размещена область р⁺-типа проводимости с металлизацией, между которой и электродом управления размещены, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости в виде отрезков линии.

4. Прибор по п.3, отличающийся тем, что у полупроводниковой структуры тиристора в области между катодом и областью р⁺-типа проводимости с металлизацией размещены, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости в виде отрезков линии.

5. Прибор по п.4, отличающийся тем, что у полупроводниковой структуры тиристора, по крайней мере, одна область р⁺-типа проводимости выполнена в виде отрезка линии с переменной по длине шириной.

6. Прибор по п.2, отличающийся тем, что у полупроводниковой структуры тиристора между электродом управления и катодом выполнена область р⁺-типа проводимости с металлизацией, между которой и электродом управления размещены, по крайней мере, две канавки.

7. Прибор по п.6, отличающийся тем, что между канавками размещены, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости в виде отрезков линии.

8. Прибор по п.7, отличающийся тем, что, по крайней мере, одна область р⁺-типа проводимости выполнена в виде отрезка линии с переменной по длине шириной.

9. Прибор по п.2, отличающийся тем, что в области катода полупроводниковой структуры тиристора выполнены шунты, плотность которых убывает по мере удаления от электрода управления.

10. Прибор по п.2, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно размещена вспомогательная полупроводниковая структура тиристора с фотоприемным окном, анод которой соединен с, по крайней мере, одним катодом, а катод соединен с, по крайней мере, одни, м электродом управления, по крайней мере, одной полупроводниковой структуры тиристора.

11. Прибор по п.10, отличающийся тем, что в фотоприемном окне вспомогательной полупроводниковой структуры размещены, по крайней мере, две области р⁺-типа проводимости в виде отрезков линии с переменной по длине шириной, две канавки, глубина которых больше глубины эмиттерного перехода, а длина равна или больше 1.2 диаметра фотоприемного окна, при этом области р⁺-типа проводимости размещены между канавками, которые в свою очередь размещены между областями р⁺-типа проводимости, при этом область п-типа проводимости в фотоприемном окне тиристора выполнена с большим поверхностным сопротивлением, чем область эмиттерного перехода, при этом на поверхности фотоприемного окна и канавок размещен изолирующий слой.

12. Прибор по п.11, отличающийся тем, что в корпусе размещен блок управления.

13. Прибор по п.12, отличающийся тем, что блок управления содержит источник опорного напряжения, ключ, генератор импульсов, управляемый компаратором и подключенным к генератору импульсов конденсатором, при этом выход генератора импульсов подключен к элементу управления тиристора с фотоприемным окном или тиристора, второй вывод подключен к одному из входов компаратора и конденсатору, параллельно которому подсоединен резистор, второй вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения, второй вывод элемента управления тиристора с фотоприемным окном или тиристора подключен к одному из выводов для подключения постоянного напряжения, полупроводниковый диод, подключенный между выводом для подключения постоянного напряжения и точкой соединения конденсатора и выхода компаратора.

14. Прибор по п.13, отличающийся тем, что источник опорного напряжения содержит усилитель постоянного тока, диод на основе широкозонного полупроводника (SiC или GaP), транзистора, двух токозадающих резисторов, при этом база транзистора соединена с анодом диода и выводом первого из токозадающих резисторов, эмиттер транзистора с вторым токозадающим резистором и входом усилителя постоянного тока, выход усилителя постоянного тока соединен с коллектором транзистора и с вторым выводом первого из токозадающих резисторов, вторые вывода диода и первого токозадающего резистора соединены с общим проводом блока управления.

15. Прибор по п.14, отличающийся тем, что ключ и(или) транзистор выполнен в виде биполярного транзистора, или МОП транзистора, или СИТ и МОП транзистора, или IGBT.

16. Прибор по п.2, отличающийся тем, что изолирующие слои выполнены в виде пластин прямоугольной и (или) круглой формы.

17. Прибор по п.16, отличающийся тем, что пластины выполнены из сапфира и окиси бериллия, или окиси алюминия и нитрида бора, или нитрида алюминия и кремния.

18. Прибор по п.17, отличающийся тем, что основание состоит из двух или несколько частей, на одной из которых размещены полупроводниковая структура и вывода.

19. Прибор по п.18, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно размещен, по крайней мере, один изолирующий слой эластичного компаунда.

20. Прибор по п.18, отличающийся тем, что в корпусе дополнительно размещены, по крайней мере, два изолирующих слоя эластичного компаунда, один из которых прозрачный.

21. Прибор по п.20, отличающийся тем, что граница между эластичными компаундами выполнена ступенчатой.

22. Прибор по п.8, отличающийся тем, что корпус содержит блок управления.

23. Прибор по п.22, отличающийся тем, что блок управления содержит источник опорного напряжения, ключ, генератор импульсов, управляемый компаратором и подключенным к генератору импульсов конденсатором, при этом выход генератора импульсов подключен к входу ключа, один вывод которого подключен к элементу управления тиристора с фотоприемным окном или тиристора, второй вывод подключен к одному из входов компаратора и конденсатору, параллельно которому подсоединен резистор, второй вход компаратора подключен к источнику опорного напряжения, второй вывод элемента управления тиристора с фотоприемным окном или тиристора подключен к одному из выводов для подключения постоянного напряжения, полупроводниковый диод, подключенный между выводом для подключения постоянного напряжения и точкой соединения конденсатора и выхода компаратора.

24. Прибор по п.23, отличающийся тем, что источник опорного напряжения содержит усилитель постоянного тока, диод на основе широкозонного полупроводника (SiC или GaP), транзистора, двух токозадающих резисторов, при этом база транзистора соединена с анодом диода и выводом первого из токозадающих резисторов, эмиттер транзистора с вторым токозадающим резистором и входом усилителя постоянного тока, выход усилителя постоянного тока соединен с коллектором транзистора и с вторым выводом первого из токозадающих резисторов, вторые вывода диода и первого токозадающего резистора соединены с общим проводом блока управления.

25. Прибор по п.24, отличающийся тем, ключ и(или) транзистор выполнены в виде биполярного транзистора или МОП транзистора, или СИТ и МОП транзистора, или IGBT, при этом блок управления дополнительно содержит импульсный трансформатор, первичная обмотка которого подключена к коллектору ключа и катоду диода, а вторая обмотка подключена к катодному (анодному) силовому выводу и выводу управления.