БЕСПОТЕНЦИАЛЬНЫЙ КОРПУС ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО ПРИБОРА

Полезная модель относится к силовой электронике и может быть использована, например, в управляемых ключах на кремнии, на нитриде галлия и т.п.
Известен металлостеклянный корпус типа КТ-254-8 (Максимов А. Корпуса для полупроводниковых приборов. Металлостеклянные и металлокерамические // ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес.- 2010. - №6(104). - С. 112-115). Металлостеклянный корпус ТО-254-8 выполнен в металлостеклянном исполнении, изображенный на фиг. 1. Основой конструкции корпуса является фланец 3 с припаянной металлической рамкой 2 с металлостеклянными проходными выводами 1, расположенными на противоположных сторонах металлической рамки. Выводы корпуса выполнены из сплава 29НК.
Основным недостатком данной конструкции является необходимость соединения проводниками (алюминиевыми или золотыми) контактных площадок функциональных элементов полупроводникового прибора с консольно выходящими внутрь корпуса выводами, что приводит к снижению быстродействия собранного в корпусе изделия.
Ближайшим аналогом может являться металлокерамический корпус ТО-254-8, изображенный на фиг. 2. Отличительной особенностью металлокерамической конструкции корпуса от металлостеклянного исполнения является наличие изолятора в виде керамической рамки и выводов из бескислородной меди, обеспечивающих низкое удельное сопротивление. Материалом теплоотводящего фланца могут быть псевдосплавы молибден-медь или вольфрам-медь, имеющие близкое значение коэффициента теплового линейного расширения (КТЛР) с КТЛР керамики. Одним из основных конструктивных элементов корпуса может быть припаянная к фланцу теплоотводящая плата из алюмонитридной керамики (Е.М. Савченко, В.А. Сидоров, А.Г. Чупрунов, И.А. Биларус. Металлокерамический корпус ТО-254 для изделий силовой электроники с рабочим напряжением до 2200 В и током до 50 А // Электронная техника. Серия 2. Полупроводниковые приборы.  Выпуск 4(251) 2018. - С. 53-59).
Основным недостатком металлокерамической конструкции корпуса, также, как и в случае металлостеклянного корпуса, является необходимость соединения проводниками контактных площадок функциональных элементов полупроводникового прибора с консольно выходящими внутрь корпуса выводами, что приводит к увеличению индуктивности в цепях выводов. Вставленная между выводами коммутационная керамическая плата с контактными площадками несколько уменьшает длину соединительных проводников, но не исключает необходимость соединения ими контактных площадок керамической платы с консольно выходящими внутрь корпуса выводами.
Техническим результатом полезной модели является исключение необходимости соединений проводниками контактных площадок коммутационной платы с консольно выходящими внутрь корпуса выводами, которые приводят к увеличению индуктивности в цепи выводов собранного в корпусе прибора.
Указанный технический результат обеспечивается тем, что в беспотенциальном корпусе полупроводникового прибора, содержащем теплоотводящий фланец, керамическую рамку, в отверстиях которой на противоположных сторонах размещены проходящие вовнутрь корпуса выводы, и припаянную к фланцу коммутационную керамическую плату, отличающийся тем, что проходящие вовнутрь корпуса выводы размещены над контактными площадками коммутационной платы и припаяны к ним.
Предпочтительным материалом коммутационной платы может быть широко применяемая алюмооксидная керамика, алюмонитридная керамика и керамика из оксида бериллия, имеющие высокую теплопроводность, а также керамики иных составов.
Увеличение индуктивности выводов прибора за счет необходимости соединений проводниками контактных площадок коммутационной платы с консольно выходящими внутрь корпуса выводами приводит к снижению быстродействия собранного в корпусе изделия, например, ключа на МДП-транзисторе (А. Лебедев, И. Недолужко. Анализ коммутационных процессов в ключе на МДП-транзисторе с индуктивной нагрузкой. Компоненты и технологии №4 2007 с. 123-128). Размещение контактных площадок коммутационной платы под проходящими вовнутрь корпуса выводами с припайкой к ним исключает необходимость соединений проводниками контактных площадок коммутационной платы с консольно выходящими внутрь корпуса выводами.
Сущность технического решения поясняется фиг. 3, где:
1 - фланец корпуса;
2 - керамический изолятор с проходными выводами на противоположных сторонах керамической рамки;
3 - участок проходного вывода внутри корпуса, припаянный к контактным площадкам коммутационной платы;
4 - коммутационная плата, припаянная к фланцу;
5 - участки металлизации на коммутационной плате.
Целесообразность исключения соединения проводниками контактных площадок коммутационной платы с консольно выходящими внутрь корпуса площадками выводов подтверждает расчет величины дополнительной индуктивности по следующей формуле:
,
где:
l - длина вывода;
r - радиус вывода;
0
-6
μ=1,257⋅10 Гн/м - магнитная постоянная.
(Калангаров П.Л, Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. -3-е изд., перераб. и доп.Л.: Энергоатомиздат. Ленингр. отделение, 1986 с. 92).
Во многих практических случаях используют корпуса с длиной выводов порядка 10 мм при диаметре 1 мм, а соединительные проволоки имеют длину 3-5 мм при диаметре 200 мкм.
Расчет показывает:
- индуктивность вывода корпуса длиной 10 мм и диаметром 1 мм равна 5,9 нГн;
- индуктивность соединительной проволоки длиной 5 мм и диаметром 200 мкм равна 3,9 нГн;
- индуктивность соединительной проволоки длиной 3 мм и диаметром 200 мкм равна 2 нГн.
Полученные результаты расчета подтверждают существенное увеличение индуктивности в цепях выводов прибора за счет соединения проводниками контактных площадок коммутационной платы с консольно выходящими внутрь корпуса выводами, в результате чего может быть снижена скорость переключения силового прибора, например ключа на МДП-транзисторе, собранного в корпусе.