Конструкция силовых полупроводниковых диодов

Рабочим элементом силового полупроводникового диода является вырезанная из монокристалла кремния тонкая пластина, в которой сформирован p-nпереход. Чтобы при нагреве пластина не растрескалась, её серебряным припоем припаивают к термокомпенсирующим дискам из вольфрама или молибдена.

Основные этапы изготовления:

1. Монокристалл кремния с проводимостью n-типа разрезается на диски толщиной 0,4 мм.

2. На поверхность этого диска наносится раствор азотистого алюминия и борной кислоты и высушивается. Затем диск помещается в кварцевую ампулу и запекается в печи в течение 10 часов при t = 1300ºC. При этом алюминий и бор проникают в кремний и образуют слой p-типа. Глубина проникновения 100 мкм.

3. На обе стороны диска наносится слой никеля, который при нагреве до 600ºC спекается с кремнием и образует выводы.

4. К пластине полупроводника припаиваются термокомпенсирующие пластины.

5. Наносится защитное покрытие на боковую грань для предотвращения электрического пробоя по поверхности.

Толщина термокомпенсирующих пластин может быть до 3 мм. Вся получившаяся конструкция называется выпрямительный элемент, который для защиты от внешних воздействий помещается в герметичный корпус. Корпуса бывают штыревой и таблеточной конструкции (рис. 1.3).

 

а) б)

 

Рис. 1.3. Конструктивное исполнение полупроводниковых диодов: а – штыревое с гибким выводом, б – таблеточное для токов от 400 до 2000 А

Силовые полупроводниковые диоды используются в схемах выпрямления переменного тока.

Основные параметры силовых полупроводниковых диодов:

1. Предельный ток Iп (IFAVmax). Это максимально допустимое среднее за период значение тока, длительно протекающего через диод. Зависит от конструкции диода и от условий охлаждения, А.

2. Повторяющееся обратное напряжение Uп (URRM). Это максимально допустимое амплитудное значение обратного напряжения, В.

3. Ударный ток Iуд (IFSM). Это амплитудное значение прямого тока длительностью 10 мс в аварийном режиме работы устройства, кА.

Дополнительные параметры силовых полупроводниковых диодов:

1. Пороговое напряжение U0 (UTO), В.

2. Прямое падение напряжения при протекании предельного тока Uпр (UFM), В.

3. Максимальный обратный ток при приложении повторяющегося обратного напряжения Iобр.max (IRRM), мА.

4. Дифференциальное сопротивление при прямом смещении Rд (rT), мОм.

5. Заряд восстановления обратного сопротивления Qв (Qrr), мкКл.

6. Тепловое сопротивление «переход-корпус» Rп-к (Rthjc), 0С/Вт.

В скобках указано обозначение параметров, принятое в англоязычных источниках.