ДИОД С МАЛЫМ ПАДЕНИЕМ НАПРЯЖЕНИЯ ДЛЯ ПОВЕРХНОСТНОГО МОНТАЖА

Полезная модель относится к области электроники, а именно к микроэлектронному конструированию, и может быть использована в разработке и изготовлении мощных диодов с малым падением напряжения и прочих полупроводниковых изделий в металлокерамическом корпусе для поверхностного монтажа.
Известны кремниевые диоды с малым падением напряжения (диоды Шоттки) серии SS16 компании «Vishay» (https://www.vishay.com/docs/8874), содержащие в плоском корпусе эпитаксиальный кремниевый кристалл n-типа, защищенный пластиковым корпусом от внешних воздействий, и два вывода для поверхностного монтажа, которые выполнены из металлической ленты, изогнутой два раза под прямым углом после выхода из боковых противоположных сторон пластмассового корпуса.
Данное решение принято в качестве прототипа.
Недостатком прототипа является повышенное тепловое сопротивление «переход-корпус» при температурных воздействиях.
Это обусловлено применением в конструкции материала с относительно низкой теплопроводностью, а также высоким значением температурного коэффициента линейного расширения, что снижает работоспособность диода при температурных воздействиях.
Полезная модель устраняет недостаток прототипа.
Техническим результатом полезной модели является снижение теплового сопротивления «переход-корпус» при температурных воздействиях.
-6
Технический результат достигается тем, что диод с малым падением напряжения для поверхностного монтажа содержит в корпусе эпитаксиальный кремниевый кристалл n-типа и два вывода, корпус выполнен в виде основания и крышки, выполненных из однотипной алюмонитридной керамики с теплопроводностью большей либо равной 160 Вт/м⋅К и температурным коэффициентом линейного расширения меньше либо равным 5,6⋅10/°С, расположенных соосно и герметично соединенных между собой по периметру; выводы для поверхностного монтажа, формируемые из выводной металлической рамки, изогнутой два раза под прямым углом после выхода из боковых противоположных сторон корпуса между основанием и крышкой, при этом выводы для поверхностного монтажа крепятся с внутренней стороны основания, огибают его и располагаются на внешней стороне основания в одной установочной плоскости для поверхностного монтажа; эпитаксиальный кремниевый кристалл n-типа расположен на внутренней части одного из выводов и соединен перемычкой с другим выводом, при этом внутренняя полость крышки герметизируется заливочным компаундом.
Сущность полезной модели поясняется чертежом, где:
1 - основание;
2 - крышка;
3 - выводы для поверхностного монтажа;
4 - эпитаксиальный кремниевый кристалл n-типа;
5 - перемычки;
6 - заливочный компаунд.
В таблице представлены значения теплопроводности и температурного коэффициента линейного расширения для пластика, алюмонитридной керамики и кремния.
-6
Устройство содержит корпус в виде основания 1 и крышки 2, выполненных из однотипной алюмонитридной керамики с теплопроводностью не менее 160 Вт/м⋅К и температурным коэффициентом линейного расширения не более 5,6⋅10/°С, расположенных соосно и герметично соединенных между собой по периметру; выводы 3 для поверхностного монтажа, формируемые из выводной металлической рамки, изогнутой два раза под прямым углом после выхода из боковых противоположных сторон корпуса между основанием 1 и крышкой 2, при этом выводы 3 для поверхностного монтажа крепятся с внутренней стороны основания 1, огибают его и располагаются на внешней стороне основания 1 в одной установочной плоскости для поверхностного монтажа; эпитаксиальный кремниевый кристалл 4 n-типа расположен на внутренней части одного из выводов 3 и соединен перемычкой 5 с другим выводом 3, при этом внутренняя полость крышки 2 герметизируется заливочным компаундом 6.
Пайка выводной рамки к внутренней стороне основания 1 проводится в вакууме высокотемпературными припоями типа ПСр72, после чего выводная рамка обрезается, загибается и формируются выводы 3 для поверхностного монтажа, которые огибают основание 1 и располагаются на его внешней стороне в одной установочной плоскости для поверхностного монтажа. Расстояние между выводами 3 для поверхностного монтажа обеспечивается технологическими возможностями при изготовлении. Пайка эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа к одному из выводов 3 для поверхностного монтажа проводится с внутренней стороны низкотемпературными серебряными припоями типа ПСр2,5, перемычка 5 может быть сделана, например, из алюминиевой или золотой проволоки и присоединяется к кремниевому эпитаксиальному кристаллу 4 n-типа и выводу 3 методом термокомпрессионной или ультразвуковой сварки. В зависимости от мощности диода вместо одной перемычки 5 может использоваться несколько таких перемычек. Защита эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа и перемычки 5 от влаги и других воздействий осуществляется специальным заливочным компаундом 6. Крышка 2 имеет внутреннюю полость, форма и размеры которой могут быть любыми и должны обеспечивать свободное расположение эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа и перемычки 5. Основание 1 и крышка 2 герметично соединяются между собой по периметру, например, клеем типа ВТ-25 или низкотемпературным стеклоприпоем.
Корпус выполнен в виде параллелепипеда, но может иметь и другую форму. Материалы основания 1, крышки 2 и выводов 3 для поверхностного монтажа имеют соизмеримый температурный коэффициент линейного расширения, близкий к полупроводниковым кристаллам. Основание 1 и крышка 2 выполнены из однотипного теплоотводящего керамического материала на основе плоской алюмонитридной керамики, тем самым обеспечиваются стабильные параметры и характеристики диода с малым падением напряжения для поверхностного монтажа.
Эпитаксиальный кремниевый кристалл 4 n-типа диода с малым падением напряжения для поверхностного монтажа изготовлен на основе кремниевой эпитаксиальной структуры n-типа с выпрямляющим электрический ток переходом металл-полупроводник. В отличие от стандартного диода с двумя областями р и n типа, выпрямляющие свойства диода с малым падением напряжения для поверхностного монтажа обуславливаются только одним типом легирования полупроводника и выпрямляющим контактом к нему - диод Шоттки. Такой диод обладает следующими главными преимуществами: меньше величина прямого падения напряжения, более высокое быстродействие, выпрямляющие свойства сохраняются при больших частотах и плотностях электрического тока. Получение выпрямляющего или барьерного контакта для определенного типа проводимости полупроводника зависит от соотношения между значениями работы выхода электронов из полупроводника и металла. Для кремния n-типа работа выхода электронов из полупроводника должна быть меньше, чем работа выхода электронов из металла, для кремния р-типа работа выхода электронов из полупроводника должна быть больше, чем работа выхода электронов из металла. Барьерный контакт может быть изготовлен из ванадия, платины, палладия, молибдена, титана, никеля, хрома, вольфрама и их силицидов. Расположение металлизированных контактных площадок эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа - двустороннее. Устройство работает следующим образом.
-6
-6
-6
-6
При воздействии мощных токовых импульсов на диод с малым падением напряжения для поверхностного монтажа происходит разогрев эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа, соединенного перемычкой 5 с одним из выводов 3 для поверхностного монтажа. Для предотвращения перегрева и наступления теплового пробоя диода с малым падением напряжения для поверхностного монтажа отвод тепла от эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа, защищенного заливочным компаундом 6, осуществляется через выводы 3 для поверхностного монтажа, а также с помощью корпуса в виде основания 1 и крышки 2, выполненных из однотипного теплоотводящего керамического материала на основе плоской алюмонитридной керамики (AlN). В данном техническом решении применена керамика AlN с теплопроводностью от 160 Вт/м⋅К до 240 Вт/м⋅К и ТКЛР от 4,7⋅10/°С до 5,6⋅10/°С. При использовании материала с теплопроводностью менее 160 Вт/м⋅К, эффективность отвода тепла от эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа будет снижаться, а при теплопроводности более 240 Вт/м⋅К, тепловое сопротивление «переход-корпус» будет еще меньше. При температурных воздействиях основное влияние на термо- и энергоциклостойкость диода с малым падением напряжения для поверхностного монтажа оказывает температурный коэффициент линейного расширения (ТКЛР) материала корпуса и его соизмеримость с ТКЛР эпитаксиального кремниевого кристалла 4 п-типа. При использовании материала с ТКЛР менее 4,7⋅10/°С, термо- и энергоциклостойкость при температурных воздействиях будет улучшаться, а при ТКЛР более 5,6⋅10/°С, ухудшаться.
В полезной модели пластиковый корпус заменяется на корпус из теплоотводящего керамического материала на основе плоской алюмонитридной керамики, из которой изготовлены основание 1 и крышка 2, теплопроводность AlN на два порядка лучше, чем теплопроводность пластикового корпуса прототипа (таблица). Это снижает тепловое сопротивление «переход-корпус» и позволяет отводиться теплу от эпитаксиального кремниевого кристалла 4 n-типа эффективнее при воздействии мощных токовых импульсов. Основание 1 и крышка 2 выполнены из однотипного теплоотводящего керамического материала на основе плоской алюмонитридной керамики, имеющей ТКЛР на порядок ниже, чем используемый пластиковый корпус прототипа (таблица). Поэтому предлагаемое техническое решение улучшает температурные и эксплуатационные характеристики диода при температурных воздействиях.
Таким образом, использование единого теплоотводящего керамического материала на основе плоской алюмонитридной керамики для основания 1 и крышки 2 позволяет снизить тепловое сопротивление «переход-корпус» при температурных воздействиях.
Диод с малым падением напряжения для поверхностного монтажа