Транзистор

Ыф%е .ян снянм цСОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН ге) (гггФ 01 г 21 9 СССР РЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ целью уменьшения теплового сопротивления при одновременном повышении -механической прочности, в него введена дополнительная теплопроводящаяпластина, соединенная с основнойпластиной стойками, расположеннымипо контуру транзистора и в отверстиях электродов и изоляционных прокла(21(471 док.4. Транзистор по пп. 1, 2о т - л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения КПД электродные плас" тины выполнены в форме прямоугольни-ка, по длинным сторонам которого расположены внешние токосъеию, при этом соотношение сторон электродов состав- ляет от 1 до 3.5, Транзистор по пп. 1-4, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения надежности при работе транзистора в режиме переключения, в базовую и эмиттерную цепь каждой транзисторной структуры включен предохранитель, а количество транзисторных структур М определено из условия: аТВ и3 гд Ф р по пп. 1-5, о т ся тем, что, с я габаритов и массы, б. Транэисича ющи еньше цел ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТ ПО ДЕЛАМ ИЗОЫ ЕТЕНИЙ И( ) Институт электродинамики АН УССР(54)(57)1.ТРАНЗИСТОР, содержащий Ятранзисторных структур, установленных на теплоотводящей пластине, являющейся коллекторным электродом,при этом выводы структур соединенысоответственно с пластинчатыми базовым и эмиттерным электродами, имеющими внешние токосъемы, о т л и ч а -ю щ и й с я тем, что, с целью уменьшения индуктивности, базовый и эмиттерный электроды расположены в разныхплоскостях, разделены изоляционнымипрокладками и в них выполнены отверстия, через которые проходят выводытранзисторных структур, при этом указанные электроды идентичны по формеи размерам коллекторному электроду.2, Транзистор по п.1, о т л и -Ч а ю щ и й с я тем, что эмиттерныйэлектрод расположен между коллектор.Юым и базовым электродами.3. Транзистор по пп. 1, 2,о т -л и ч а ю щ и й с я тем, что, с и - функционально-необходимоеколичество структур 9 - интенсивность отказов транзисторной структуры с учетомнадежности соответствующих1 файвпредохранителей;Т - ресурс работы транзистора:- длина пластин,730213на изоляционных прокладках выполне- тели выполнены в виде отрезков калибны изолированные от электродов токо- рованных проводников, соединяющих проводящие площадки, к которым При- указанные токопроводящие площад - Соединены соответствующие выводы ки с соответствующими электрода - транзисторных структур, а предохрани- ми.Изобретение относится к области полупроводниковых приборов и может найти применение для бесконтактных коммутаций токов, в частности при создании транзисторных преобразователей постоянного напряжения, силовых бесконтактных реле и переключателей, регуляторов, стабилизаторов, усилителей.Для увеличения допустимого тока транзистора его выполняют в виде ряда параллельно включенных транзисторных структур. Известен транзистор, выполненный на шести параллельно включенных транзисторных структурах. В нем транзисторные структуры размещены на общей теплоотводящей пластине, служащей коллекторным электродом транзистора, а базовые и эмиттерные электроды с токосъемами выполнены в виде отдельных шин, к которым подсоединены соответствующие выводыфкаждой транзисторной структуры.Такая конструкция обладает рядом существенных недостатков. Выполнение базовых и эмиттерных электродов в виде шин, разнесенных в пространстве, вносит в цепи транзистора паразитную индуктивность, которая тем больше, чем больше линейные размеры транзистора.Кроме того, такое расположение шин, с последующей заливкой компаундом, создает неблагоприятные условия для охлаждения конструкции.Практически, теплоотводящей поверхностью является только одна сторона коллекторного электрода, что обусловливает относительно высокое тепловое сопротивления транзистора и низкую нагрузочную способность.Известен транзистор, содержащий Я-транзисторных структур, установленных на теплоотводящей пластине, являющейся коллекторным электродом,при этом выводы структур соединеныс пластинчатыми базовым и эмиттернымэлектродами, соединенными с внешними токосъемами.В этой конструкции базовые иэмиттерные выводы транзисторныхструктур соединены с соответствующими электродами транзистора проводниками с распределенными индуктивнос тями.Электроды транзистора размещенына изоляционной теплоотводящей подложке и расположены в одной плоскости в непосредственной близости друг 5 от друга, Для компенсации индуктивности проводников в цепь каждой транзисторной структуры введен конденсаторный элемент, включенный соответствующим образом между базовым и змит- О терным электродом.Соединение выводов транзисторныхструктур с электродами транзистора втакой конструкции требует примененияотносительно длинных проводников,об ладающих значительной индуктивностью.Введение же конденсаторных элементов для ее компенсации эффективнотолько в диапазоне резонансных частот и вносит ряд технологических ЗО усложнений.Кроме того передача тепла от транзисторных структур в теплоотводящей .подложке осуществляется через промежуточную пластину, вносящую дополнительное тепловое сопротивление изначительно ухудшающую.условия охлаждения.Целью изобретения является уменьшение индуктивности.40 Цель достигается тем, что базовый и эмиттерный электроды расположены в разных плоскостях, разделеныизоляционными прокладками и в нихвыполнены отверстия через которыепроходят выводы транзисторных струк,7302 атИи1 40 тур, г.ои этом указанные электроды идентичны по форме и размерам коллекторному электроду.Цель достигается также тем, что эмиттерный электрод расположен между коллекторным и базовым электродом.Еще одной целью изобретения является уменьшение теплового сопротивления при одновременном повыше- О нии механической прочности.Эта цель достигается тем, что в транзистор введена дополнительная теплоотводящая пластина, соединенная с основной стойками, рас положенными по контуру транзистора и в отверстиях электродов и изоляционных прокладок.Еще одной целью изобретения является повышение КПД.ЮЭта цель достигаетсятем, что электроды выполнены в форме прямоугольника, по длинным сторонам которого расположены внешние токосъемы, при этом соотношение сторон электродов составляет от 1 до 3. Еще одной целью изобретения является повышение надежности при работе транзистора в режиме переключе 30ния е Эта цель достигается тем, чтов базовую и эмиттерную цепь каждойтранзисторной структуры включенпредохранитель, а количество тран- З 5зисторных структур Б, определено изусловия где и - функционально необходимоеколичество структур;9 - интенсивность отказов транзисторной структуры соответ.ствукцих предохранителей 45Т - ресурс работы .транзистора,Кроме того, целью изобретения является уменьшение габаритов и веса.Эта цель достигается тем, что на изоляционных прокладках выполне ны изолированные от электродов токопроводящие площадки, к которым присоединены соответствующие выводы транзисторных структур, а предохранители выполнены в виде отрезков 55 калиброванных проводников, соединяющих указанные токопроводящие площад ки с соответствукзцими электродами,13 4На фиг. 1 прецставлен общий видодной из возможных конструкцийтранзистора; на фиг. 2 - вид транзистора со стороны токосъемов, нафиг, 3 - разрез транзистора по А-Ана фиг. 1, на фиг, 4 - график, показывающий относительную длину монтажных линий от отношения сторон прямоугольника и места расположениятокосъемов,Транзистор содержит теплоотводящую пластину 1, являющуюся коллекторным электродом и выполненную изэлектропроводящего материала, транзисторные структуры 2, токосъемы:коллекторный 3, эмиттерный 4, базовый 5, базовый и эмиттерный электроды 6 и 7, изоляционные прокладки 8и 9 между ними. Транзисторные структуры 2 закреплены на теплоотводящей пластине 1 и назодятся с ней втепловом контакте. Коллекторные выводы транзисторных структур 2 присоединены к теплоотводящей пластине 1,Теплоотводящая пластина 1 и электроды 1, 6 и 7 присоединены соответственно к коллекторному 3, эмиттерному4, базовому 5 токосъемам, В электродах 6 и 7 выполнены отверстия 10.На изоляционных прокладках 8 и 9 соответственно в плоскостях электродов6 и 7 размещены дополнительные токопроводнщие площадки 11. К этим площадкам прикреплены соответственноэмиттернье 12 и базовые 13 выводытранзисторных структур 2 и концы от"резков калиброванных проводников 14и 15, служащих предохранителями,Другие концы отрезков калиброванныхпроводников подсоединены к соответствующим электродам 6 и 7, На плоскости теплоотводящей пластины выполнены жес гкие теплоотводящие стойки16, проходящие через монтажные отверстия 10 в электродах 6 и 7, и поконтуру теплоотводящей пластины 1выполнены теплопроводящие ребра 17жесткости, К стойкам 16 и ребрам 17жесткости присоединена жестким теплопроводящим контактом дополнительная теплоотводящая пластина 18. Уменьшение индуктивности в цепях транзистора достигнуто благодар введению электродных пластин 6 и 7, образующих с теплоотводящей коллекторной пластиной 1 многослойную структуру, в которой указанные пластины разделены изоляционными про(2) и =ш 5 7302 кладками 8 и 9. Поскольку в эмиттерной пластине 6 ток течет в противоположном направлении по отношению к току коллекторной пластины 1, то они образуют биффилярную линию, индуктивность которой с достаточной для практики точностью определяется соотношением: где р, - магнитная проницаемость изоляционных прокладок,8 - расстояние между пластинами;Ь - ширина пластин;. 51 - длина пластин,Из соотношения (1) видно, что индуктивность становится тем меньше,Ъчем меньше длина пластин 1 , и3чем меньше отношение - .ЬПоскольку в таком транзистореэлектродные пластины максимально приближены друг к другу, то такая конструкция обеспечивает минимальнуюиндуктивность цепей транзистора.Кроме того, наличие в электродныхпластинах монтажных отверстий 10 позволяет соединять выводы 12, 13 транзисторных структур 2 с пластинами 6и 7 кратчайшим путем, что также спо 30собствует уменьшению индуктивностицепей транзистора и упрощает технологию его сборки,ФПрименение электродных пластин,имеющих достаточно большую поверх 35ность охлаждения, позволяет значительно уменьшить тепловое сопротивление транзистора.Дальнейшее уменьшение индуктив 40ности в цепях транзистора полученопутем расположения электродных пластин в многослойной структуре в следующем порядке; коллекторная 1, эмиттерная 6, базовая 7Поскольку в кол 45лекторной и базовой пластинах токтечет в противоположном направлениипо отношению к току эмиттерной пластины, то такое расположение обеспечивает максимальное приближениепластин с взаимопротивоположным на 50правлением токов и, в силу указанныхвыше причин, их минимальную индуктивность,Введение токапроводящих площадок11, расположенных на изоляционных55прокладках 8 и 9 в плоскостях базовой и эмиттерной электродных пластин и применение предохранителей 14 и 15 в виде калиброванных проводников, приводит к увеличению плотности монтажа и уменьшению массо-габаритных показателей транзистора.Введение теплопроводящих стоек 16,расположенных в нескольких местах на теплоотводящей коллекторной пластине 1, ребер 17 жесткости и дополни" тельной теплоотводящей пластины 18, закрывающей конструкцию, значительно расширяет поверхность охлаждения транзистора, Его тепловое сопротивление уменьшается, а нагрузочная способность растет. Изготовление перечисленных деталей из соответствующего металла, надежно гарантирует транзистор от воздействия внешних электромагнитных полей.При изготовлении транзистора важным фактором является длина коммуникационных линий монтажа, связывающих выводы транзисторных структур с токосъемами, Длина линий зависит от конфигурации конструкции и от расположения в ней токосьема. Уменьшение длины ведет к уменьшению индуктивности рассеяния и дополнительных потерь мощности.Для наиболее распространенной конфигурации прямоугольной формы, на ко" торой размещены п элементов, каждый элемент занимает на такой плоскости квадратную форму со стороной а, и электроды ее соединены с токосьемами,монтажными проводниками разной длины в зависимости от его положения на плоскости, Прч этом проводники проходят параллельно сторонам прямоугольника, а токосъемы расположены на одной из сторон. Плотность тока в проводниках одинакова.Если на одной из сторон прямоугольника размещается Ь элементов, а на другой 1 ш, то количество транзисторов наплоскости будет где1 - коэффициент, определяющийотношение сторон прямоугольника.Пусть токосъем, расположенный на одной иэ сторон прямоугольника, делит ее в отношении х:(1 ш"х), тогда общая длина (Ь) соединительных проводов на плоскостиКв-х мЬ = в- (21-1)+ ш,Е -(21-1) +2 2730213 8ную величину количество функционально необходимых структур. В этом случае при пробоях отдельных структурпредохранители обеспечивают их отключение. Следовательно, отказ избыточного количества структур не приведет к отказу транзистора в целом.Избыточное количество структур,обеспечивающее повышение надежности 1 О при увеличении числа структур, опре-.делено из закона больших чисел, всоответствии с которым при достаточно большом количестве структур можно записать15 2 кх Я-пъО(3) ш -М1-1и+ш Р 1 сшх =2 1 с=2,т.е. минимальную длину монтажных ли ний будет иметь прямоугольник с отношением сторон 2, с расположением токосъема на середине длинной стороны.Подставив эти значения в уравнение (3) и, взяв его отношение, име- ем Ь Ос+1) 4 и + 2 х(хоп-Ю)Ь оси 301 в График (см, фиг. 4) построен по уравнению (6), который показывает зависимость относительньй длины монтажных линий от отношения сторон пря-З 5 моугольника и места расположения токосъемов. Из графика следует, что наилучшим местом расположения токо- съема является середина длинной стороны, (кривая х = 0,5 1 сш), Кроме 40 того, учитывая характер указанной зависимости при х = 0,5 1 сш, а также принимая во внимание конструктивные соображения и удобство применения транзистора прямоугольной формы, .от ношение его сторон необходимо выбирать в пределах от 1 до 3. Это позволяет значительно сократить длину монтажных линий и, следовательно, уменьшить потери В цепях транзисто ра и повысить КПД.Повышение надежности в данной конструкции достигается благодаря включению предохранителей в цепи базовых и эмиттерных выводов транзисторных структур и выбором количества структур, превышающего на определенш з1-1и+ш Мш Ъ п(1 -1) 7Взяв частные производные по 1 и хи приравняв их к нулю, получим Зьах- = 2 х - 4 и 1 с = 0 (4)- = п Ь) -2 х = 0 (5) Эт.д 1 с Решая (4) и (5) с.учетом (2) относительно 1 и у , имеем где ш - число транзисторных структур, отказавших за время сф,и - количество функцнональнонеобходиьих структур,ш - избыточное количество структурФ - интенсивность отказов транзисторной структуры с учетом надежности предохранителей.ф Если число отказавших структур ш меньше числа избыточных транзисторных структур ш, то транзистор работает безотказно, а при условии шш, транзистор откажет; Для граничного случая, когда число отказавших транзисторных структур равно числу избыточных структур (ш ш), име- ем,Решив это выражение относительно ш,получимаш п(1 -1) . Поскольку это выражение полученодля случая, когда число отказавшихструктур ш равно числу избыточныхструктур ш, то высокая надежностьтранзистора будет обеспечена при условии Следовательно, общее количество транзисторных структур должно выбираться из условия К п+ши+п(1Н "1) = п 1М7 ЭО 213 Редактор Л.Пись 47 И 4.нич Корректор Т.Колб хред М 56 2 а о писио 1303 оизводственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектн Тирам 643 ИИПИ Государственного коми по делам изобретений и от Москва, Ж, Раушская