МОЩНЫЙ ДИОД

Полезная модель - мощный диод - относится к силовой электронике и предназначена для работы в выпрямительных устройствах источников вторичного питания, в аппаратуре специального назначения.
Известен диод (патент Китая №203386761, дата приоритета 08.01.2014 г.). Конструкция диода включает верхнюю и нижнюю рамки, между которыми расположен кристалл, причем между кристаллом и рамками предусмотрены прокладки с неровной контактной поверхностью. Диод имеет симметричные выводы, выведенные по обе стороны ниже соединения рамок. В диоде предусмотрена бескорпусная защита кристалла с использованием винилосодержащего материала.
Недостатком конструкции такого диода является использование неэкологичного токсичного материала для защиты кристалла, негативно влияющего на экологию при сборке диодов. Данная конструкция не предусматривает эффективную теплоотдачу. Запатентованный диод не рассчитан на большие мощности.
Известен диод (патент Китая №203386740, дата приоритета 08.01.2014 г.), в котором полупроводниковый кристалл расположен между двумя рамками, между рамками и кристаллом предусмотрены прокладки. Верхняя рамка имеет форму перевернутой четырехугольной пирамиды. Выводы выведены симметрично в разные стороны и заизолированы друг от друга. Контакты выполнены из меди.
Недостатком конструкции такого диода является использование токсичного материал в качестве герметика, что также негативно влияет на экологию при сборке диодов. Кроме того, сборка такой конструкции диода нетехнологична.
Наиболее близким техническим решением является конструкция кремниевого эпитаксиально-планарного выпрямительного диода (конструкторская документация (сборочный чертеж) «Выпрямительный диод 2Д2992»), кристалл которого располагается на основании, имеющем углубление. Верхний и нижний выводы приварены контактной сваркой к кристаллу через дополнительные диски и выведены в разные стороны. Верхний вывод имеет непрямолинейную форму. Сборка кристалла осуществляется с использованием дополнительных сборочных элементов, прокладок и дисков, что требует проведения дополнительных технологических операций. Герметизация кристалла осуществляется заливкой компаундом.
Конструкция такого диода нетехнологична, что связано с наличием большого количества сборочных элементов. В технологии большая доля ручной сборки. Такую технологию сборки диода очень сложно автоматизировать.
Техническим результатом полезной модели является повышение надежности за счет оптимизации конструкции мощного диода, обеспечивающей эффективный теплоотвод и стабильность параметров.
Технический результат достигается тем, что основание мощного диода выполнено из высокотеплопроводной алюмонитридной керамики и имеет двухстороннюю металлизацию, причем на рабочей стороне основания в металлизации предусмотрен изолирующий зазор шириной 0,7…0,9 мм между монтажными площадками, на одной из которых расположены без смещения по отношению к границе зазора по крайней мере один полупроводниковый кристалл и контактная площадка вывода катода, а на другой расположена контактная площадка вывода анода, с которой полупроводниковый кристалл соединен проволочными выводами.
Сопоставительный анализ заявленного мощного диода с прототипом показывает, что предлагаемая конструкция отличается совокупностью новых конструктивных элементов, гарантирует стабильность параметров и эффективный теплоотвод.
В заявленном мощном диоде основание выполнено из высокотеплопроводной алюмонитридной керамики, которая, имея высокое значение теплопроводности (170-180 Вт/м⋅град), обеспечивает хороший теплоотвод, выводы электрически изолированы от нижней поверхности основания, что очень важно при монтаже мощных приборов. Ширина изолирующего затвора между монтажными площадками 0,7…0,9 мм позволяет исключить пробой между анодом и катодом.
Расположение кристаллов без смещения по отношению к границе изолирующего зазора позволяет расширить диапазон частот и использовать диод в ВЧ диапазоне.
На рисунках 1 и 2 изображена заявленная конструкция мощного диода, где введены следующие обозначения:
1 - диэлектрическое основание из высокотеплопроводной алюмонитридной керамики с двусторонней металлизацией;
2 - керамическая крышка;
3 - вывод анода;
4 - монтажная площадка, на которой расположена контактная площадка вывода анода;
5 - изолирующий зазор;
6 - монтажная площадка, на которой расположен полупроводниковый кристалл и контактная площадка вывода катода;
7 - вывод катода;
8 - полупроводниковый кристалл;
9 - выводы полупроводникового кристалла.
Пример исполнения заявленного мощного диода.
На диэлектрическое основание из высокотеплопроводной алюмонитридной керамики с двусторонней металлизацией (1) с помощью фотолитографии создается изолирующий зазор шириной 0,8 мм.
Затем на основание (1) к контактным площадкам, расположенным на монтажных площадках (6) и (4), припаиваются внешние выводы катода (7) и анода (3). Пайка осуществляется высокотемпературным серебросодержащим припоем ПСр 72 при температуре 780°С в конвейерной печи в среде водорода.
Выводы выполнены из меди толщиной 0,3 мм и шириной 3 мм, где внешняя часть вывода сужена до 2 мм, причем сужение предусмотрено на расстоянии не менее 3,85 мм от основания (1).
Далее при помощи гальванического метода следует нанесение двухсторонней металлизации никель-золото на металлизированное диэлектрическое основание из высокотеплопроводной алюмонитридной керамики (1) с припаянными выводами катода (7) и анода (3).
Без смещения по отношению к границе изолирующего зазора к монтажной площадке (6) припаивается полупроводниковый кристалл (8) при температуре 300°С.
Полупроводниковый кристалл (8) припаивается к основанию низкотемпературным серебросодержащим припоем, содержащим 2,2…2,8% серебра. Такой припой улучшает адгезию к металлизированной алюмонитридной керамике, что в свою очередь, обеспечивает падение теплового сопротивления, а значит, и влияет на повышение надежности.
При таком монтаже возможно расположение нескольких кристаллов на одном основании из алюмонитридной керамики, что позволяет снизить потери мощности за счет эффективного теплоотвода, обеспечивая надежность мощного диода.
К монтажной площадке (4), на которой расположена контактная площадка вывода анода (3), ультразвуковой сваркой привариваются проволочные выводы АК 0,9 ПМ-150 (9).
На заключительном этапе с помощью клея УП5-207 М происходит герметичное соединение крышки (2) с основанием (1).
В отличие от нетехнологичной конструкции прототипа оптимизация конструкции заявленного мощного диода позволяет упростить сборку и автоматизировать сборочный процесс, что обеспечивает надежность прибора при производстве.