Полупроводниковый прибор

Полезная модель относится к силовой 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, основанием, внутри корпуса установлены полупроводниковая структура, вывода, основание, при этом содержит, по крайней мере, один дополнительный теплопроводящий слой, на одной из поверхностей которого размещен катод (анод), по крайней мере, одной полупроводниковой структуры, анод (катод) которой размещен на основании, при этом анод (катод) полупроводниковой структуры размещен на катоде (аноде) другой полупроводниковой структуры, анод (катод) которой размещен на основании, при этом между анодом (катодом) и катодом (анодом) размещен дополнительный металлический слой с отверстием (прорезью), в котором размещена область управления тиристора (симистора) или тиристора с фотоприемным окном, при этом на одной из поверхностей дополнительного металлического слоя размещен дополнительный теплопроводящий изолирующий слой, при этом прибор содержит блок управления и защиты. Полупроводниковый прибор содержит: корпус, основание 1, область металлической поверхности 2, полупроводниковые структуры 3, анод 4, катод 5, дополнительный теплопроводящий слой 6, металлическую поверхность 7 дополнительного теплопроводящего слоя, область 8 металлической поверхности, дополнительный металлический слой 9 в виде диска с отверстием (прорезью), электрод управления 10, вывод управления, дополнительный металлический слой, дополнительный теплопроводящий изолирующий слой 13, блок управления и защиты 14, стенки корпуса 15.

Полезная модель относится к силовой 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 бесконтактной кольцевой фоточувствительной области. Такая структура предъявляет достаточно низкие требования к точности операции травления и обеспечивает высокую степень воспроизводимости при применении селективного травления (см. А.с. 216650 ЧССР, МКИ H 01 L 31/10, опубл. 01.09.84).

Недостатком данного прибора является сложность конструкции, невысокая надежность и недостаточные функциональные возможности.

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 прибора является сложность конструкции, недостаточные надежность и функциональные возможности.

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. 20.07.02).

Недостатком данного прибора является сложность конструкции, низкая надежность и недостаточные функциональные возможности. В связи с этим возникла задача разработки полупроводникового прибора, имеющего достаточную в различных климатических условиях надежность с расширенными функциональными возможностями.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемой полезной модели, сводится к созданию полупроводникового прибора с полупроводниковой структурой 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, содержит дополнительный теплопроводящий слой, на одной из поверхностей которого размещен

катод (анод), по крайней мере, одной полупроводниковой структуры, анод (катод) которой размещен на основании, Анод (катод) полупроводниковой структуры размещен на катоде (аноде) другой полупроводниковой структуры, анод (катод) которой размещен на основании, между анодом (катодом) и катодом (анодом) полупроводниковых структур размещен дополнительный металлический слой, при этом в дополнительном металлическом слое выполнено отверстие (прорезь), в котором размещена область управления полупроводниковой структуры тиристора (симистора) или тиристора с фотоприемным окном, на одной из поверхностей дополнительного металлического слоя размещен дополнительный теплопроводящий изолирующий слой, на котором в свою очередь размещен катод (анод) полупроводниковой структуры, на аноде (катоде) которой размещен дополнительный теплопроводящий слой, при этом дополнительный теплопроводящий слой имеет, по крайней мере, одну металлическую поверхность, которая разделена на, по крайней мере, две области, которые соединены с электродами полупроводниковой структуры и (или) выводами, при этом дополнительный металлический слой выполнен в виде вывода прибора, а дополнительный теплопроводящий слой выполнен как часть корпуса, в котором размещению крайней мере, один изоляционный слой эластичного компаунда или два изоляционного слоя эластичного компаунда, один из которых прозрачный, при этом основание выполнено в виде теплопроводящего слоя с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая разделена на, по крайней мере, две области, при этом, по крайней мере, одна из которых соединена с анодом (катодом) полупроводниковой структуры, а дополнительный теплопроводящий слой, дополнительный теплопроводящий изолирующий слон выполнены в виде пластин прямоугольной и (или) круглой формы, при этом пластины выполнены из нитрида алюминия, окиси бериллия или алюминия, нитрида бора, кремния и сапфира, а основание и дополнительный теплопроводящий слой состоят из одной или несколько частей, на одной из которых размещены электроды полупроводниковой структуры и (или) вывода, при этом дополнительный металлический слой выполнен в виде пластины прямоугольной и (или) круглой формы, при этом толщина слаболегированного слоя р-типа проводимости диодной полупроводниковой структуры превышает толщину слаболегированного слоя п-типа проводимости в 2-3 раза, при этом глубина залегания р-п-перехода не превышает 175 мкм, при этом толщина слаболегированного слоя п-типа проводимости превышает толщину слаболегированного слоя р-типа проводимости в 2-3 раза, а глубина залегания р-п-перехода не превышает 20-60 мкм, в области залегания р-п-перехода расположены дополнительные рекомбинационные центры, которые введены облучением протонами и (или) электронами потоком 1·10¹¹ -2·10¹² см^-2 полупроводниковой структуры диода со стороны катода, при этом в области катода полупроводниковой структуры тиристора (симистора) или тиристора с фотоприемным окном выполнены шунты, плотность которых убывает по мере удаления от области управления, при этом, по крайней мере, два шунта катода выполнены в виде отрезков линии с постоянной (переменной) по длине шириной, при этом прибор содержит блок управления и защиты, который содержит узел управления, который включен, по крайней мере, один выход, который содержит один ключ, параллельно которому подсоединены конденсатор и диод, анод которого соединен с электродом управления (катодом) тиристора (симистора), а катод соединен с регулируемым резистором, который соединен с одной из клемм подключения внешнего источника постоянного тока, а другая клемма подсоединена к катоду (электроду управления) тиристора (симистор),а также микропроцессорная схема, с которой соединена база ключа, при этом имеется также узел контроля напряжения, тока и температуры, а также специальный высоковольтный разрядный резистор, при этом ключ выполнен в виде биполярного транзистора или

МОП-транзистора или IGBT, a диод выполнен на основе кремния или широкозонного полупроводника.

Полезная модель поясняется на фиг.1-2.

На фиг.1 дан полупроводниковый прибор с основанием 1 (выполнено в виде, например, пластины из ВеО с одной металлической поверхностью, разделенной на две области); 2 - область металлической поверхности; 3 - полупроводниковая структура тиристора; 4 - анод полупроводниковой структуры; 5 - катод полупроводниковой структуры; 6 - дополнительный теплопроводящий слой (выполнен, например в виде пластины из нитрида алюминия); 7 - металлическая поверхность дополнительного слоя 6; 8 - область металлической поверхности 7; 9 - дополнительный металлический слой, который выполнен в виде диска с отверстием и прорезью, в котором размещен электрод управления 10, который соединен с выводом управления 11, который соединен с одной из областей металлической поверхности дополнительного теплопроводящего слоя; 12 - дополнительный металлический слой, который размещен между диодной полупроводниковой структурой и дополни тельным теплопроводящим слоем.

На фиг.2 дан полупроводниковый прибор с основанием 1, которое выполнено в виде пластины из нитрида алюминия с одной металлической поверхностью, разделенной на четыре области 2, к которой присоединены полупроводниковые структуры тиристора 3, аноды 4 которых соединены областями металлической поверхности 2; катоды 5 соединены с дополнительными металлическими слоями 9 (выполнены в виде диска с отверстием и прорезью), на которых размещены полупроводниковые структуры тиристора, аноды 4 которых соединены с дополнительным теплопроводящим слоем 6 (выполнен в виде пластины из ВеO), металлическая поверхность 7 которого соединена с анодом 4; электроды управления 10 соединены с выводами управления 11, дополнительный теплопроводящий изолирующий слой 13 (выполнен в виде диска из окиси алюминия) размещен между электродами полупроводниковых структур; 14 - блок управления и защиты; 15 - стенка корпуса. Изготовлены различные варианты полупроводниковых приборов на основе предлагаемой полезной модели - диод - тиристор (по схеме фиг.1) или тиристор - тиристор (по схеме фиг.2) с блоками управления и защиты на ток до 80 А и напряжение до 1200 В, испытания которых показали, что они обладают достаточной надежностью и широкими функциональными возможностями по сравнению с известными техническими решениями полупроводниковых приборов. Наиболее целесообразно использование предлагаемого полупроводникового прибора в силовой электронике для преобразователей различного типа.

1. Полупроводниковый прибор, содержащий корпус с катодным силовым и анодным силовым основанием, внутри корпуса установлен полупроводниковая структура, выводы, отличающийся тем, что содержит, по крайней мере, один дополнительный теплопроводящий слой, на одной из поверхностей которого размещен катод (анод), по крайней мере, одной полупроводниковой структуры, анод (катод) которой размещен на основании.

2. Прибор по п.1, отличающийся тем, что анод (катод) полупроводниковой структуры размещен на катоде (аноде) другой полупроводниковой структуры, катод (анод) которой размещен на основании.

3. Прибор по п.2, отличающийся тем, что между анодом (катодом) и катодом (анодом) полупроводниковых структур размещен дополнительный металлический слой.

4. Прибор по п.3, отличающийся тем, что в дополнительном металлическом слое выполнено отверстие (прорезь), в котором размещен электрод управления полупроводниковой структуры тиристора (симистора) или область управления полупроводниковой структуры тиристора с фотоприемным окном.

5. Прибор по п.4, отличающийся тем, что на одной из поверхностей дополнительного металлического слоя размещен дополнительный теплопроводящий изолирующий слой, на котором в свою очередь размещен катод (анод) полупроводниковой структуры, на аноде (катоде) которой размещен дополнительный теплопроводящий слой.

6. Прибор по п.5, отличающийся тем, что дополнительный теплопроводящий слой имеет, по крайней мере, одну металлическую поверхность, которая разделена на, по крайней мере, две области, которые соединены с электродами полупроводниковых структур и(или) выводами.

7. Прибор по п.6, отличающийся тем, что дополнительный металлический слой выполнен в виде вывода прибора.

8. Прибор по п.7, отличающийся тем, что дополнительный теплопроводящий слой выполнен как часть корпуса.

9. Прибор по п.8, отличающийся тем, что в корпусе размещен, по крайней мере, один изоляционный слой эластичного компаунда.

10. Прибор по п.9, отличающийся тем, что в корпусе размещены, по крайней мере, два изоляционных слоя эластичного компаунда, один из которых прозрачный.

11. Прибор по п.10, отличающийся тем, что основание выполнено в виде теплопроводящего слоя с, по крайней мере, одной металлической поверхностью, которая разделена на, по крайней мере, две области, при этом, по крайней мере, одна из которых соединена с анодом (катодом) полупроводниковой структуры.

12. Прибор по п.11, отличающийся тем, что дополнительный теплопроводящий слой, дополнительный теплопроводящий изолирующий слой выполнены в виде пластин прямоугольной и(или) круглой формы.

13. Прибор по п.12, отличающийся тем, что пластины выполнены из нитрида алюминия, окиси бериллия, окиси алюминия, нитрида бора, кремния, сапфира.

14. Прибор по п.13, отличающийся тем, что основание, дополнительный теплопроводящий слой состоят из одной и(или) нескольких частей, на одной из которых размещен электрод полупроводниковой структуры или вывод.

15. Прибор по п.14, отличающийся тем, что дополнительный металлический слой выполнен в виде пластины прямоугольной и(или) круглой формы.

16. Прибор по п.15, отличающийся тем, что толщина слаболегированного слоя р-типа проводимости диодной полупроводниковой структуры превышает толщину слаболегированного слоя п-типа проводимости в 2-3 раза, при этом глубина залегания р-п-перехода не превышает 175 мкм.

17. Прибор по п.16, отличающийся тем, что толщина слаболегированного слоя п-типа проводимости превышает толщину слаболегированного слоя р-типа проводимости в 2-3 раза, при этом глубина залегания р-п-перехода не превышает 20-60 мкм.

18. Прибор по п.17, отличающийся тем, что в области залегания р-п-перехода размещены дополнительные рекомбинационные центры.

19. Прибор по п.18, отличающийся тем, что дополнительные рекомбинационные центры введены облучением протонами и(или) электронами потоком 1·10¹¹-2·10¹² см^-2 полупроводниковой структуры со стороны катода.

20. Прибор по п.15, отличающийся тем, что в области катода полупроводниковой структуры тиристора (симистора) или тиристора с фотоприемным окном выполнены шунты, плотность которых убывает по мере удаления от области управления тиристора (симистора) или тиристора с фотоприемным окном.

21. Прибор по п.20, отличающийся тем, что, по крайней мере, два шунта катода выполнены в виде отрезков линии с постоянной (переменной) по длине шириной.

22. Прибор по п.21, отличающийся тем, что содержит блок управления и защиты.

23. Прибор по п.22, отличающийся тем, что блок управления и защиты содержит узел управления, который включен, по крайней мере, один выход, который содержит один ключ, параллельно которому подсоединены конденсатор и диод, анод которого соединен с электродом управления (катодом) тиристора (симистора), а катод соединен с регулируемым резистором, который соединен с одной из клемм подключения внешнего источника постоянного тока, другая клемма которого подсоединена к катоду (электроду управления) тиристора (симистора), а также микропроцессорная схема, с которой соединена база ключа, а также узел контроля напряжения, тока и температуры, а также специальный высоковольтный разрядный резистор.

24. Прибор по п.23, отличающийся тем, что ключ выполнен в виде биполярного транзистора или МОП-транзистора, или IGBT, a диод выполнен на основе кремния или широкозонного полупроводника.