Полупроводниковое устройство

(33) Швеция 7 Государственный комите Совета Министров СССР ло делам изобретенийн открытий 82.008) 15.02,76. Бюллетеньвания описания 15,04.76 Опубликова Дата опубл(72) Авторы изобретени ИностранцыНилс Эрик Андерссон и Ти(Швеция)Иностранная фирмаАлменна Свенска Электриска(Швеция) фаркас 1) Заявитель тиеболагет УПРО ВОД Н И КОВО РОЙ СТВО 5 относится к области силовых вы пр иб ор о в.лупроводниковые устройства, олупроводниковую структуру, о крайней мере, с одной стороли газом.ковые устройства, в которыхэлементы припаяны к полу- элементамохлакдаются нощей жидкости, находящейся в инительным элементом. Изобретение полупроводникоИзвестные по содержащие п охлакдаемую, п ны жидкостью иПолупроводни соединительные проводниковым током охлаждаю контакте с соед о в предлолаждающнивском кнтом, вы Однако, когда полупроводниковые элементы запрессованы между соединительными элементами, трудно обеспечить равномерную нагрузку полупроводниковы элементов. Равномерная нагрузка очень важна для обеспечения хорошего теплового и электрического контакта между соединительным элементом и системой вдоль всей поверхности полупроводниковой 20 системы, а также равномерной механической нагрузки по всей поверхности полупроводниковой системы. Неравномерное распределение нагрузки может вызвать образование трешин в хрупкой полупроводниковой пластинке, 25Цель изобретения - эффективное устранение потерь тока в полупроводниковом элементе и равномерное распределение механической нагрузки по всеи поверности полупроводникового элемента.Это достигается тем, чт агаемом устройстве одна из стенок ей системы, наодящаяся в меан онтакте с выпрямительным элеме полн"на подвижной.Подвижная стенка выполнена из металла с хорошей электропроводностью и теплопроводностью, например меди, серебра, золота, алюминия, латуни, никеля, молибдена или сплавов, содержащподин илн несколько этнэлементов, Лучше использовать медь, серебро и алюминий, а также сплавы, содержащие эти металлы, например медный цирконий (Хг 0,10 - 0,30%, остальное Си), медный хром (Сг 0,2 - 1%, остальное Сн), медное серебро (Ад 0,08%, остальное Сн), силумин (Я 12%, А 1 88% ) и дюралюминий (Мп 0,5%, Чд 0,5%,Сн 4% и А 195%)Стенка контейнера является подвижной потому, что другие стенки передвижныс нли раздвижные. Последний вид может быть, например, в форме гармошки, которая раздвигается в направлении полупроводникового элемента. Подвижная стенка, обращенная к полупроводниковому элементу, может не быть очень тонкой. Она может иметь толщину, на5 10 15 20 25 40 50 60 65 3пример, до о мм. Однако лучший эффект притонкой стенке, предпочтительно толщиной0,05 - 1 мм и подогнанной к поверхности полупровс цинкового элемента.Стенка контейнера может быть подвижнойпотому, что другие стенки контейнера неподвижны,В этсм случае подвижная стенка состоитиз тонкой мембраны. Подвижная стенка имеет толщину 0,05 - 2 мм, преимущественно 0,05 - 1 мм,Охла;кдающей жидкостью может быть вода, масо или газ, например воздух. Давление ох;.аждающей жидкости должно быть10 - 5, 0 кгс/см, преимущественно 50 -500 кгс,см. Желательно, чтобы охлаждающаяжидкос. ь проходила непрерывно через контейнер, но она может подаваться в контейнер и выходить из него периодически.Кром полупроводниковой пластинки, например кремниевой или германиевой, полупровод. иковый элемент может иметь, покрайней мере, одну опорную пластину из молибдена, вольфрама или другого материала,имеющего примерно одинаковый коэффициент расширения с материалом полупроводниковой гластинки. Однако возможно, чтобыкроме полупроводниковой пластинки, полупроводниковый элемент состоял только изтонких металлических слоев, расположенныхна одной или обеих сторонах полупроводниковой пластинки и наносимых путем испарения,распыления катода или электролитическогопокрытия. Металлические слои могут бытьполучены в соединении с введением примесей в полупроводниковую пластинку или путем отдельного последующего процесса. Этислои могут быть образованы из золота, серебра, меди, алюминия, никеля, свинца, индия илп сплавов, содержащих один из этихметаллов. Полупроводниковый элемент можеттакже состоять только из полупроводниковойпластин хи, но в этом случае требуется, чтобыпластин ка имела слои с высоким содержаниемпримесей на поверхности.Пред;: агаемое устройство может охлаждатьсяодной или обеих сторон.Для жадобной герметизации подвижная стенка контейнера может упираться непосредственно в полупроводниковый элемент без применени. промежуточных деталей. Таким образом .ежду полупроводниковым элементоми подвгжной стенкой достигается особеннохороши.: электрический и тепловой контакт,Благодаря равномерной нагрузке на полупровод:ик изобретение может быть использовано з полупроводниковых устройствах, неимеющих опорных пластин. Из-за отсутствияопорных пластин между полупроводниковойпластин сой и подвижной стенкой достигаетсяхороший контакт. В этом случае полупроводниковьп элемент состоит только из полупровод:иковой пластинки с тонкими металлическими слоями на поверхности. Это, например, тонкие поверхностные слои, образованпые при легировании металлами, например, сплавами золота и сурьмы и алюминия, или при диффузии легирующих присадок, например мышьяка и галлия.На фиг. 1 представлено предлагаемое полупроводниковое устройство, охлаждаемое только с одной стороны, разрез; на фиг. 2 и 3 - то же, разрез, охлаждение с обеих сторон.В полупроводниковом устройстве, показанном на фиг, 1, круглая кремниевая пластинка 1 типа Р-М-М + со слоем алюминиевого припоя (не показан) на нижней поверхности припаяна к опорной пластине 2, изготовленной из молибдена или другого материала, имеющего примерно такой же коэффициент теплового расширения, как у кремния, На ее верхней поверхности образован контакт в виде слоя 3 из сплава золота и сурьмы. Полупроводниковый элемент, состоящий из элементов 1, 2, 3, герметически заделан в корпус, имеющий основание 4, например, из меди, которое служит соединительным элементом, и деталь в виде крышки, состоящую из двух колец 5 и б, например, из меди или сплава железа и никеля, кольца 7 из изолирующего материала, например фарфора, и металлическую крышку 8 из меди или стали. На крышке закреплена чашеобразная деталь 9, имеющая сильфон из меди или нержавеющей стали, таким образом нижняя стенка 10 перемещается в вертикальном направлении и может прижиматься к полупроводниковому элементу, Крышка 8 и чашеобразная деталь 9 образуют контейнер с полостью 11. Нижняя стенка 10, т. е. стенка контейнера, имеет толщину 1,5 мм. Чашеобразная деталь, которая является соединительным элементом, имеет стенку толщиной 0,5 мм. Полость 11 образована впускным отверстием 12 и выпускным отверстием 13 для охлаждающей жидкости, например масла или воды, которая циркулирует через полость для охлаждения полупроводниковои пластинки и прижимает нижнюю стенку 10 к полупровод. никовому элементу. Давление жидкости в контейнере равно 150 кгс/см.Охлаждающая жидкость подается в полость 11 по направлению к центральной части нижней стенки по трубе 14, Различные детали полупроводниковых устройств крепят друг к другу пайкой, сваркой или сваркой давлением. Полупроводниковый элемент не крепят к основанию 4 или к нижней стенке 10, а он удерживается в контакте с ним только за счет прижатия нижней стенки контейнера к полупроводниковому элементу во время циркуляции охлаждающей жидкости. Ток подключается к деталям 4 и 8.Полупроводниковый элемент, показанный на фиг, 2, герметически закрыт в корпусе, состоящем из двух тонких металлических пластин 15 и 16, например из меди или же лезоникелевого сплава, которые припаяны к кольцу 17 из изолирующего материала, например фарфора, с помощью припоя из серебра и меди, 11 о обеим сторонам полупроводникового элемента расположены цилиндрические контейнеры 18 и 19 для охлаждающей жидкости, которые изготовлены, например, из стали. Их днища имеют форму тонких медных мембран 20 и 21, припаянных к стальному контейнеру с помощью припоя пз меди и серебра. Толщина стенки мембраны 0,5 мм. Охлаждающая жидкость, например вода, масло или воздух, входит через отверстия 22 и 23, выходит через отверстия 24 и 25. Давление охлаждающей жидкости 150 кгс/см.Два контейнера удерживаются на соответствующем расстоянии один от другого несколькими болтами 26 из изолирующего материала, расположенными во фланцах 27 и 28 вокруг контейнеров. Контакт между полупроводниковым элементом и мембранами 20 и 21 достигается только за счет давления охлаждающей жидкости. Ток можно подводить к контейнерам 18 и 19 или к специальным соединительным медным проводникам, которые соединены с мембранами 20 и 21.В устройстве на фиг, 3 полупроводниковая кремниевая пластинка 29 типа Р-Х-Р-И на одной стороне имеет алюминиевый контакт, напаянный в виде тонкого слоя 30, а на другой стороне контакт из сплава золото - сурьма, припаянного в виде тонкого слоя 31. Контейнеры 32 и 33 имеют днища в форме мембран с толщиной 0,2 мм, которые упираются прямо в контакты 30 и 31 полупроводниковой пластинки без промежуточных опорных пластин. Тонкие мембраны в комбинации с давлением жидкости или газа позволяют при. менять полупроводниковую пластинку без опорных пластин, поэтому возможность повреждения полупроводниковой пластинки в результате неравномерной нагрузки является минимальной. Полупроводниковая пластинка гсрметпзирована, так как контейнеры име 1 от фланцы 34 и 35 по своим поверхностям вокруг обшивки, которые припаяны к фарфоровому кольцу 36, например, посредством при поя из сплава медь - серебро. Давление водыможет быть 150 кгс/см. Фланцы и болты из изолирующего материала для крепления контейнеров в соответствующих положениях друг относительно друга имеют конструкцию, ана логичную описанной. Управляющий электрод37 тиристора проходит через отверстие в фарфоровом кольце, причем зазор вокруг управляющего электрода герметически уплотнен и соединен с проводником 38.15Формула изобретения1. Полупроводниковое устройство, содержащее выпрямительный элемент и систему его принудительного охлаждения, выполнен ную в виде контейнера, установленную, покрайней мере, с одной его стороны и прижатую к выпрямительному элементу, о т л и ч аю щ е е с я тем, что, с целью повышения эффективности охлаждения и обеспечения равномер ной механической нагрузки выпрямительногоэлемента, одна из стенок охлаждающей системы, находящаяся в механическом контакте с выпрямптельным элементом, выполнена подвижной.30 2. Устройство по п, 1, отличающеесятем, что подвижная стенка выполнена в виде мембраны, например, пз металла.3. Устройство по пп, 1 и 2, о т л и ч а ющ е е с я тем, что охлаждающей средой яв ляется жидкость, например вода, масло.4. Устройство по п. 3, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что давление охлаждающей жидкости равно 10 - 500 кг/см 2.5. Устройство по пп. 1 и 2, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что охлаждающей средой является воздух,ипография, пр, Сапунова,аказ 713/16 Изд.1101 ЦНИИПИ Государственног по делам из 113035, Москва, Ж