ПОЛУПРОВОДНИКОВОЕ УСТРОЙСТВО

Полезная модель относится к полупроводниковой технике и может быть использована в преобразовательнойтехнике,электроприводе.
Известно оптическое устройство связи,состоящее из светоизлучающего и фотоприемного полупроводниковых элементов,каждый из которых находится в отдельном светонепроницаемом корпусе (см.патент ФРГ№2253694,МКИ HO1L ,1978г.).Такое устройство имеет недостаточную светопередачу и плохо реализуется на базе интегральной технологии.Известно также оптическое устройство связи,содержащее излучающие полупроводниковые элементы,напаянные на металлические шины,вырезанные в виде гребенок с периодически повторяющемся рисунком,причем каждый вывод излучающего и фоточувствительного полупроводниковых элементов соединены с одной из металлических полосок,а каждая пара полупроводниковых элементов окружена оптически прозрачной смолой,а все устройство загерметизировано непрозрачным компаундом(см.патент Японии № 53-29992,МКИ HO1L ,1978г.).Однако такое устройство не обеспечивает получения приборов с большими номинальнымитокамиинапряжениями,сдостаточной
надежностью.Наиболее близким по технической сущности и достигаемому положительному эффекту и принятый авторами за прототип является полупроводниковое устройство,содержащее металлическое основание с корпусом,внутрикоторогорасположеныизоляционные
подложки,полупроводниковые элементы,несущая плата,изоляционные слои герметика,которые заполняют корпус,крышку,внешние электроды (см.патент США №4240099,МКИ HOIL ,1980г.).
Технический результат, который может быть достигнут с помощью предлагаемой полезной модели сводится к повышению надежности и расширению функциональных возможностей.
Технический результат достигается тем,что в полупроводниковое устройство,содержащее металлическое основание,корпус,внутри которого расположеныизоляционныеподложки,полупроводниковые
элементы,несущая плата,изоляционный слой герметика,крышку,внешние электроды,на несущей плате размещено оптическое волокно с,по крайней мере,двумя оптическими каналами,торцы которых размещены в окнах управления,по крайней мере,двух силовых фоточувствительных полупроводниковых элементов,а на другом торце размещен излучающий диод,в цепи которого подсоединено входное устройство,которое выполнено с возможностью подачи импульсов напряжения на электроды излучающего
диода,ограничения амплитуды прямого тока,защиты от напряжений и перегрузки по прямому току излучающего диода,при этом входное устройство подсоединено к внешним электродам для подачи сигнала управления,между которыми и внешними электродами для поключения внешнего напряжения установлен изоляционный барьер. Входное устройство размещено на одной из поверхностей несущей платы. Входное устройство размещено в дополнительном выступе корпуса устройства.
На несущей плате размещены,по крайней мере,два вспомогательных фототиристора,в окнах управления которых размещены торцы оптических каналов оптического волокна,на другом конце которого размещен излучающий диод,в цепи которого подсоединено входное устройство,а аноды и катоды вспомогательных фототиристоров подсоединены в цепи управления,по крайней мередвух силовых тиристоров. На несущей плате размещены,по крайней мере,два вспомогательных фототиристора и два диодных моста,при этом аноды и катоды вспомогательных фототиристоров подсоединены к клеммам диодных мостов,с которых подается выпрямленное напряжение,а к двум другим клеммам подсоединены выводы управления,по крайней мере,двух силовых тиристоров,которые размещены на одной из поверхностей металлических шин,другие поверхности которых размешены на изоляционных подложках. Между фототиристором и торцом оптического канала размещена дополнительная линза,при этом оптический канал и дополнительная линза окружены слоем непрозрачного компаунда.
В окне управления фототиристора выполнено углубление,в которм размещена дополнительная линза.
Изоляционныеподложки,металлическиешины,силовые
фоточувствительные полупроводниковые элементы и тиристоры,несущая плата соединены с металлическим основанием методом прижима. Силовые фоточувствительные полупроводниковые элементы и тиристоры соединены с металлическими шинами методом пайки,а металлические шины,изоляционные подложки соединены с металлическим основанием методом прижима.
Изоляционные подложки,силовые фоточувствительные полупроводниковые элементы и тиристоры,металлические шины,оптическое волокно с оптическими каналами окружены первым слоем изоляционного герметика,а пространство между корпусом и первым слоем изоляционного герметика заполнено вторым слоем изоляционного герметика.
Толщина первого слоя изоляционного герметика равна 1,2-1,5 толщины изоляционной подложки,а толщина второго слоя изоляционного герметика равна 9-10 толщинам изоляционной подложки,между крышкой и вторым слоем изоляционного герметика размещен третий слой изоляционного герметика.
На фигЛсхематически изображено полупроводниковое
устройство,содержащее металлическое основание 1 ,на котором размещены изоляционные подложки 2,металлические шины 3 размещены на изоляционных подложках 2,полупроводниковые элементы 4 размещены на металлических щинах 3 .Верхние электроды 5 размещены на верхней поверхности полупроводниковых элементов 4.Металлические щины 6 размещены на верхних электродах 5.В отверстиях верхних электродов 5 и металлических щин 6 размещены оптические каналы 7 оптоволокна 8 ,которое размещено на несущей плате 9 ,на которой размещено входное устройство 10 ,которое подсоединено в цепи излучающего диода 11 ,который размещен на торце оптоволокна 8.Вывода 12 излучающего диода И подсоединены к полупроводниковым элементам несущей платы 9.Первый слой изоляционного герметика 13 размещен вокруг изоляционной подложки 2 ,металлической шины 3,полупроводникового элемента 4,верхнего электрода 5,металлической шины 6,оптического канала 7.
На фиг.2 схематически изображено полупроводниковое устройство,содержащее металлическое основание 1,на которм размещены изоляционные подложки 2,на которых размещены металлические шины 3,на которых размещены полупроводниковые элементы 4,на которых размещены верхние электроды 5 и металлические шины 6,в отверстиях которых размещены вывода управления 7 силовых полупроводниковых элементов 4,например,тиристоров.Вывода управления 7 подсоединены к металлизации несущей платы 8,на которой размещено оптическое волокно 9,на торце которого размещен излучающий диод 10,Оптические каналы оптического волокна 9 размещены в окнах управления вспомогательных фототиристоров 12,аноды и катоды которых соединены с диодными мостами 13,которые размещены на несущей плате 9,также как и входное устройство 14,обеспечивающее заданный режим работы излучающего диода Ю.На металлических щинах через слой изоляции размещена пружина 15,обеспечивающая соединение всех деталей устройства с металлическим основанием 1 с помощью винта 16,который размещен в отверстии несущей платы9.Первый слой изоляционного герметика 17 размещен вокруг изоляционной подложки 2,металлической щины 3,полу проводникового элемента 4,верхнего электрода 5,металлической щины б.Второй слой изоляционного герметика 18 размещен в пространстве между корпусом 19 и первым слоем изоляционного герметика 17. Третий слой герметика 20 расположен между крышкой 21 и вторым слоем изоляционного герметика 18. На фиг.З схематически изображено размещение на полупроводниковой структуре 1,в слое которой выполнено углубление 2,в которой размещена линза 3,которая соединена с оптическим, каналом 4 оптоволокна,который вместе с линзой 3 окружен слоем непрозрачного изоляционного герметика 5.
Предлагаемая полезная модель по сравнению с известными техническими решениями имеет следующие преимуществатораздо большие номинальные токи и напряжения,расширенные функциональные возможности и высокую надежность при эксплуатации.
Изготовлены опытные образцы силовых интегральных модулей,содержащих два,четыре и шесть силовых фоточувствительных элементов,а также силовых тиристоров,управление которыми осуществлялось с помощью излучающего диода,режим работы которого определялся входным устройством на микросхемах,а также вспомогательными фототиристорами,которые подсоединены к клеммам диодных мостов,размещенных на несущей плате устройства,собранных по схемам (фигЛ и фиг.2,фиг.З) со следующими характеристиками:
-максимальный действующий ток в открытом состоянии при температуре корпуса  до 160 А,
-установившееся тепловое сопротивление переход-корпус не более , -максимальная температура силовых элементов не более , -рабочий диапазон температур от минус  плюс , -сохранение электрических параметров силовых интегральных модулей после испытания на циклостойкость после ЗОООциклов нагрева-охлаждения силовых элементов греющим током  и охлаждения до  40С (длительность цикла 6 минут).
Наиболее целесообразно использование полупроводникового устройства для построения систем управления технологическими процессами,двигателями мощностью до 100 Квт в условиях высоких перепадов температуры оружающей среды.
Авторы: Sj fe tA-ati С,В.Машнин
А,С,Машнин