Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
Скачать статью в формате pdf - Силовая электроника
- TAGS
- www.power-e.ru
You also want an ePaper? Increase the reach of your titles
YUMPU automatically turns print PDFs into web optimized ePapers that Google loves.
Сило<strong>в</strong>ая Электроника, № 2’2010<br />
Технологии<br />
а<br />
б<br />
Рис. 3. Корпуса: а) металлокерамический;<br />
б) металлостеклянный: 1 — осно<strong>в</strong>ание,<br />
2 — крышка, 3 — <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>оды, 4 — подложка,<br />
5 — кристалл с герметизирующим покрытием<br />
www.power-e.ru<br />
режим работы транзисторо<strong>в</strong> — коммутация<br />
токо<strong>в</strong>.<br />
При коммутации токо<strong>в</strong> 30–50 А транзисторы<br />
изгота<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ают <strong>в</strong> металлостеклянном корпусе<br />
КТ-9 или <strong>в</strong> металлокерамическом корпусе<br />
КТ-97В. Для достижения Р к max = 100–150 Вт монтаж<br />
кристалло<strong>в</strong> <strong>в</strong>ыполняют на термокомпенсатор,<br />
расположенный на медном теплорастекателе,<br />
обладающем <strong>в</strong>ысокой теплопро<strong>в</strong>одностью<br />
и устойчи<strong>в</strong>остью к механическим <strong>в</strong>оздейст<strong>в</strong>иям.<br />
Изоляторы изгота<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>аются из <strong>в</strong>акуумноплотной<br />
керамики ВК-94-1 или стеклобусы<br />
С-45, С-76, С-95. Транзисторы должны быть<br />
устойчи<strong>в</strong>ы к различным климатическим <strong>в</strong>оздейст<strong>в</strong>иям<br />
<strong>в</strong> диапазоне температур <strong>в</strong>нешней<br />
среды +60…125 °С.<br />
Внешние <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>оды корпусо<strong>в</strong> изгота<strong>в</strong>ли<strong>в</strong>ают<br />
из материала МК (медь–ко<strong>в</strong>ар). Электрические<br />
соединения <strong>в</strong>ыполняются алюминие<strong>в</strong>ой про<strong>в</strong>олокой<br />
АОЦПоМ диаметром 250–300 мкм. В <strong>в</strong>ыходной<br />
цепи необходимо формиро<strong>в</strong>ать не менее<br />
д<strong>в</strong>ух про<strong>в</strong>олочных перемычек, <strong>в</strong> с<strong>в</strong>язи с чем по<strong>в</strong>ерхность<br />
тра<strong>в</strong>ерс должна иметь расширенную<br />
площадь, что достигается путем формиро<strong>в</strong>ания<br />
осаженной части <strong>в</strong> <strong>в</strong>иде «шляпки г<strong>в</strong>оздя» для<br />
КТ-9 или чеканкой для КТ-97В. Присоединение<br />
кристалла к корпусу <strong>в</strong>ыполняется пайкой на легкопла<strong>в</strong>кий<br />
припой для корпуса с никеле<strong>в</strong>ым<br />
покрытием или контактно-реакти<strong>в</strong>ной пайкой<br />
с образо<strong>в</strong>анием э<strong>в</strong>тектики Au-Si.<br />
Металлокерамические корпуса состоят<br />
из керамического осно<strong>в</strong>ания с <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одами<br />
и металлической крышки (рис. 3а), а стеклянные<br />
— из стеклянного осно<strong>в</strong>ания и металлической<br />
крышки. Они более технологичны.<br />
В процессе формо<strong>в</strong>ки осно<strong>в</strong>ание армируют<br />
<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одами и металлической рамкой, а затем<br />
спекают, <strong>в</strong> результате чего образуется металлостеклянный<br />
спай (рис. 3б).<br />
Для соединения <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одо<strong>в</strong> с рамкой плоского<br />
керамического корпуса керамику металлизируют<br />
с помощью молибдено-марганце<strong>в</strong>ых<br />
паст или металлической фольги толщиной<br />
30–50 мкм. Металлизацию <strong>в</strong>ыполняют распылением<br />
через с<strong>в</strong>ободную маску, трафаретной<br />
печатью либо <strong>в</strong>ырубкой из фольги с последующей<br />
приклейкой. На металлизацию<br />
электролитически наносят слой никеля или<br />
меди толщиной 3–5 мкм и затем произ<strong>в</strong>одят<br />
<strong>в</strong>жигание. Другой метод соединения металла<br />
с керамикой — через слой припойного стекла,<br />
которое <strong>в</strong> <strong>в</strong>иде суспензии наносят на соединяемые<br />
по<strong>в</strong>ерхности и затем спекают при<br />
температуре +400…500 °С [2].<br />
Так как из-за <strong>в</strong>ысокой температуры спекания<br />
керамики армиро<strong>в</strong>ать осно<strong>в</strong>ание металлическими<br />
<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одами не<strong>в</strong>озможно, их <strong>в</strong> специальной<br />
технологической рамке <strong>в</strong>паи<strong>в</strong>ают<br />
<strong>в</strong> него стеклом. Кроме того, к бортику керамического<br />
осно<strong>в</strong>ания стеклом припаи<strong>в</strong>ают<br />
металлическую рамку, к которой с<strong>в</strong>аркой<br />
или пайкой присоединяют металлическую<br />
крышку. Так как рамка и крышка должны при<br />
пайке хорошо смачи<strong>в</strong>аться припоем на осно<strong>в</strong>е<br />
оло<strong>в</strong>а, их пред<strong>в</strong>арительно покры<strong>в</strong>ают тонким<br />
слоем никеля, меди или золота. Вы<strong>в</strong>оды присоединяют<br />
к керамическому осно<strong>в</strong>анию с помощью<br />
про<strong>в</strong>одящих паст.<br />
Во избежание термических напряжений<br />
и растрески<strong>в</strong>ания корпуса изгото<strong>в</strong>ляют<br />
из материало<strong>в</strong>, имеющих близкие по значению<br />
температурные коэффициенты линейного<br />
расширения (ТКЛР). Кроме того, <strong>в</strong> процессе<br />
сборки и герметизации приборо<strong>в</strong> при<br />
нагре<strong>в</strong>ании стекло не должно размягчаться.<br />
Рекомендуемые пáры материало<strong>в</strong>: железоникель-кобальто<strong>в</strong>ый<br />
спла<strong>в</strong> 29НК (ко<strong>в</strong>ар)<br />
со стеклом С48-2 или С49-2 (температуры<br />
размягчения +570 и +585 °С); железо-никельмедный<br />
спла<strong>в</strong> 47НД со стеклом С89-8 или С90-1<br />
(температуры размягчения +530 и +550 °С);<br />
керамика 22ХС или «Поликор» со стеклом<br />
С72-4 (температура размягчения +560 °С).<br />
Для согласо<strong>в</strong>ания ТКЛР металла и стекла<br />
или керамики применяют буферные материалы<br />
с промежуточным значением ТКЛР. В этом<br />
качест<strong>в</strong>е используют припайные стекла, имеющие<br />
сра<strong>в</strong>нительно не<strong>в</strong>ысокую температуру<br />
размягчения (~+500 °С). При нагре<strong>в</strong>е припайное<br />
стекло размягчается и смачи<strong>в</strong>ает соединяемые<br />
по<strong>в</strong>ерхности подобно тому, как припой<br />
смачи<strong>в</strong>ает соединяемые металлические детали.<br />
ТКЛР припайного стекла находится <strong>в</strong> пределах<br />
(4–12)×10 –6 °С –1 . Его <strong>в</strong>еличина за<strong>в</strong>исит от <strong>в</strong>ремени<br />
и температуры термообработки <strong>в</strong> процессе<br />
соединения материало<strong>в</strong>. Это обусло<strong>в</strong>лено<br />
тем, что размеры кристалло<strong>в</strong>, образующихся<br />
после распла<strong>в</strong>ления стекла, за<strong>в</strong>исят от температуры<br />
и длительности термообработки.<br />
Кристаллизующийся спай обеспечи<strong>в</strong>ает <strong>в</strong>ысокую<br />
механическую прочность соединяемых<br />
материало<strong>в</strong>. Допускается многократный изгиб<br />
<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одо<strong>в</strong> без нарушения герметизации.<br />
Возникающие на по<strong>в</strong>ерхности стекла микротрещины<br />
оканчи<strong>в</strong>аются на гранях припо<strong>в</strong>ерхностных<br />
кристалло<strong>в</strong> и не распространяются<br />
<strong>в</strong>глубь спая. Для образо<strong>в</strong>ания герметичных<br />
соединений керамики с керамикой и керамики<br />
с металлом используют также покрытые припоем<br />
слои <strong>в</strong>ожженного <strong>в</strong> керамику металла.<br />
Корпуса не должны терять герметичность при<br />
следующих технологических <strong>в</strong>оздейст<strong>в</strong>иях:<br />
• Посадка кристалло<strong>в</strong> на э<strong>в</strong>тектику Au-Si при<br />
температуре +450 °С <strong>в</strong> течение 2 мин.<br />
• Раз<strong>в</strong>арка про<strong>в</strong>олочных межсоединений, при<br />
этом механическая прочность соединений<br />
должна быть не хуже 0,5 Н для про<strong>в</strong>олоки<br />
диаметром 150–300 мкм.<br />
• Герметизация методом шо<strong>в</strong>но-ролико<strong>в</strong>ой<br />
с<strong>в</strong>арки с показателем герметичности корпусо<strong>в</strong><br />
по скорости утечки гелия не более<br />
5×10 –5 Па·м 3 /с.<br />
Вы<strong>в</strong>оды корпусо<strong>в</strong>, <strong>в</strong>ключая их спаи с керамикой,<br />
должны <strong>в</strong>ыдержи<strong>в</strong>ать <strong>в</strong>оздейст<strong>в</strong>ие<br />
растяги<strong>в</strong>ающей силы, напра<strong>в</strong>ленной <strong>в</strong>доль<br />
оси <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ода, устано<strong>в</strong>ленной по ГОСТ В 20.39.<br />
412: для <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ода диаметром 1,0 мм — 20 Н,<br />
а для диаметра 1,5 мм — 40 Н.<br />
Исследо<strong>в</strong>ание <strong>в</strong>акуумной<br />
плотности гермо<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>одо<strong>в</strong><br />
Вакуумная плотность керамического и стеклянного<br />
изоляторо<strong>в</strong> я<strong>в</strong>ляется <strong>в</strong>ажнейшим усло<strong>в</strong>ием<br />
получения герметичного металлокерамического<br />
или металлостеклянного гермо<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ода<br />
корпуса (рис. 4). Для получения паяного металлокерамического<br />
узла необходимо пред<strong>в</strong>арительно<br />
металлизиро<strong>в</strong>ать керамику путем осаждения<br />
слоя молибдена с последующим нанесением никеля<br />
для улучшения усло<strong>в</strong>ий растекания припоя.<br />
Герметичность корпуса <strong>в</strong> осно<strong>в</strong>ном определяется<br />
надежностью металлокерамического или металлостеклянного<br />
гермо<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ода, а также за<strong>в</strong>исит<br />
от процесса присоединения крышки к осно<strong>в</strong>анию<br />
корпуса. Потеря герметичности металлокерамического<br />
гермо<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>ода может быть <strong>в</strong>ыз<strong>в</strong>ана:<br />
• дефектами <strong>в</strong> <strong>в</strong>иде микропор и пустот <strong>в</strong> объеме<br />
керамического изолятора, обусло<strong>в</strong>ленных соста<strong>в</strong>ом<br />
шликера, технологическими режимами<br />
литья, а также конструкцией прессформы;<br />
а<br />
б<br />
Рис. 4. Гермо<strong>в</strong>ы<strong>в</strong>оды:<br />
а) металлокерамический: 1 — керамический<br />
изолятор, 2 — припой, 3 — тра<strong>в</strong>ерса,<br />
4 — <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>од, 5 — медный сердечник;<br />
б) металлостеклянный: 1 — стеклянный<br />
изолятор, 2 — <strong>в</strong>ы<strong>в</strong>од, 3 — медный сердечник<br />
107
Change language