13. Конструкции корпусов диодов

Несмотря на большое различие в электрических характеристиках диодов различного назначения в производстве используются типовые конструкции корпусов /10/. Эти конструкции являются базовыми и для вновь разрабатываемых приборов. Рассмотрим особенности и ха­рактеристики некоторых видов корпусов.

М еталлостеклянная конструкция корпуса (рис. 1) состоит из баллона, кристаллодержателя и держателя верхнего вывода. Баллон представляет собой соединение на основе металлостеклянных спаев трубки 1 из стекла и двух втулок 2 из сплава 29НК, которые служат для центровки и крепления держателей при окончательной сборке и герметизации приборов в корпусе. Втулки 2 согласованы со стеклот­рубкой по КТР для получения прочного ненапряженного соединения. Кристаллодержатель 6 состоит из отрезков проволоки разного диа­метра, соединенных ударно-конденсаторной стыковой сваркой, и является базой для припайки полупроводникового кристалла или струк­туры с p-n-переходом. Держатель 3 аналогичен по конструкции крис­таллодержателю, но в зависимости от типа прибора может служить основанием для приварки контактной пружины или иметь скос для пропускания верхнего вывода от полупроводниковой структуры.

Окончательная герметизация приборов производится пайкой с применением флюса на воздухе или в конвейерной печи в атмосфере водорода. В качестве припоя для герметичного соединения коваровых втулок с держателями используется припой ПОС-61 или сплав сви­нец-олово-висмут в виде штампованных колец 5. Кристаллодержатель этого корпуса может быть изготовлен из ковара, никеля или меди, что позволяет значительно повысить рабочую мощность приборов. Герметизация приборов пайкой и применение флюса являются недос­татком этой конструкции, однако переход на пайку в конвейерной печи в инертной атмосфере позволяет избежать применения флюса и значительно повысить производительность на операции сборки и гер­метизации. Основные параметры данной конструкции приведены в таб­лице 3.

Для герметизации приборов с мощностью рассеивания свыше 1 Вт используются металлические корпуса с проходным изолятором, кото­рые позволяют отводить от p-n-перехода тепловой поток до 25 Вт. Такие конструкции корпусов широко используются при изготовлении выпрямительных диодов, стабилитронов и варикапов различной мощ­ности. Отличительной особенностью этого типа корпусов является наличие у них массивного кристаллодержателя, на котором крепится полупроводниковый кристалл с p-n-переходом.

На рис. 2 показана типичная конструкция корпуса со стек­лянным изолятором 1-3а для герметизации выпрямительных диодов. Эта конструкция состоит из кристаллодержателя 1, изготовленного холодной штамповкой из малоуглеродистой стали или сплава 29НК (сплав никеля и кобальта). В центральной части кристаллодержатель 2 имеет углубление для напайки кристалла с p-n-переходом. По пе­риферии кристаллодержатель имеет кольцевой рельеф, который обес­печивает получение соединения с баллоном

п ри герметизации кон­тактной электросваркой. К внешней части кристаллодержателя прива­ривается вывод 7 из никеля для монтажа прибора в аппаратуре. Кор­пус баллона 3 изготовляется холодной штамповкой из ленты сплава 29НК или 47НД. В случае бескобальтовой конструкции лента выбирается толщиной 0,4 мм и штамповка проводится за несколько перехо­дов на эксцентриковых прессах.

С целью экономии дефицитного кобальта разработаны баллоны с проходным изолятором на основе бескобальтовых сплавов. В рассмат­риваемых конструкциях корпусов из-за наличия охватывающего спая (металл снаружи) становится возможным получать напряженные спаи стекла с металлом со значительным напряжением сжатия в стекле (рис. 3). Вместо согласующегося с коваром по коэффициенту темпе­ратурного расширения стекла С49-2 стеклоизолятор 4 такого баллона изготовляется из стекла марок 16-III, С72-4 с КТР около 80710^-7 1/^oС. Использующийся для корпуса сплав 47НД имеет КТР (9 -100)710^-7 1/^oС. Трубка 5 изготовляется из сплава ЭИ-693. Находит применение баллон корпуса из материала 47НД, стеклоизолятор из стекла С48-2, трубка из сплава 29НК. В случае применения стекла 16-III изолятор получают из цельнотянутой трубки путем ее разре­зания. При применении стекол С48-2 и С72-4 используется изолятор в виде стеклотаблетки. После контактной электросварки баллона с держателем проводят окончательную герметизацию прибора обжигом и проваркой верхнего конца трубки с пропущенным через нее выводом от кристалла 2. К отжатой части трубки 5 приваривается никелевый вывод 6 для той же цели, что и вывод 7.

Следующая конструкция корпуса (1-3б) показана на рис. 4. Этот корпус наиболее часто используется для герметизации стаби­литронов типов Д818, КС168, КС196. Отличительной особенностью данной конструкции является наличие кристаллодержателя 1 из бес­кислородной меди, изготовляемого токарным способом или методом объемной штамповки. В случае токарного изготовления держателя к нему припоем ПСР-72 припаивается медный вывод 7. При объемной штамповке вывод получается одновременно. Недостатком этого метода является невозможность получения вывода более 20 мм (стандартная длина должна быть 30+2 мм).

Кристаллодержатель имеет выступ для напайки полупроводнико­вого кристалла 6 с p-n-переходом и разгрузочную кольцевую канавку для устранения деформации кристалла при окончательной герметиза­ции.

Материалы, применяемые при изготовлении баллона, и техноло­гия их изготовления аналогичны описанным для конструкции 1-3a. Корпус 2, стеклоизолятор 3 и трубка 4 образуют герметичное металлостеклянное соединение. Герметизация готового прибора в корпусе осуществляется методом холодной сварки на специальном полуавтома­те. Холодная сварка основана на соединении пластичных материалов за счет молекулярного взаимодействия при давлении и значительной (до 85 %) деформации деталей. С целью защиты контактирующих по­верхностей соединяемых узлов от окисления они покрываются слоем никеля толщиной до 20 мкм. Обладая значительно большей твер­достью, чем соединяемые материалы, никель при давлении лопается и выходит из зоны сварки, оставляя неокисленные поверхности основ­ных материалов.

Обжим трубки и приварка верхнего вывода 5 аналогичны конс­трукции 1-3a.

Наличие медного кристаллодержателя в данной конструкции кор­пуса обеспечивает хороший отвод тепла от полупроводникового крис­талла с p-n-переходом.

На рис. 5 показана конструкция 1-3в, которая является холод­носварным вариантом конструкции 1-3a. Баллон 2 с незначительными изменениями аналогичен баллону конструкции 1-3a. Для его изготов­ления может быть использовано любое из приведенных выше сочетаний материалов. Кристаллодержатель 1 изготовляется из ленты методом штамповки. В качестве материала ленты берется бескислородная медь. Вывод 6 из медной или никелевой проволоки диаметром 0,8-1 мм припаивается к кристаллодержателю припоем ПСР-72. Присоедине­ние этого вывода можно осуществлять также ударно-конденсаторной сваркой. На кристаллодержатель 1 напаивается кристалл 4 с p-n-пе­реходом и верхним выводом 5. Окончательная герметизация прибора в корпусе производится с помощью холодной сварки. Обжим и приварка штенгеля и приварка верхнего вывода 3 проводятся по обычной тех­нологии, описанной выше.

Все рассмотренные конструкции корпусов рассчитаны на подвес­ной монтаж диодов в аппаратуре с помощью гибких выводов. При та­ком методе монтажа отвод тепла происходит через выводы. Из-за незначительного сечения выводов отвод тепла от p-n-перехода огра­ничен. По этой причине рабочая мощность приборов в рассмотренных корпусах не может быть выше 1,5 -2 Вт при отсутствии специального принудительного охлаждения. Для приборов с рабочей мощностью свы­ше 2 Вт применяются конструкции корпусов с винтом и шестигранником для монтажа их на специальных теплоотводящих платах и радиаторах.

На рис. 3 и 6 приведены конструкции корпусов 1-4а и 1-4б с винтами для монтажа их на теплоотводе. Конструкция 1-4а, представленная на рис. 3, предназначена в основном для выпрямительных диодов и мощных стабилитронов, конструкция 1-4б (рис. 6) - для мощных выпрямительных диодов. Корпусы этих конструкций состоят из медного кристаллодержателя 1 в виде шестигранника с винтом.

Основные параметры рассмотренных корпусов приведены в таб­лице 3.

Таблица 3

Тип корпуса	Размеры, мм
	А	D	D1	I	G	N	N1	Q1	Q2	E
1-2a 1-3a 1-3b 1-3в 1-4а 1-4b	- 8,7 9 9 15 15,3	4-0,8 11,2 7 10 13 21,5	- 6,8 5 6,8 7,2 15,2	- - - - 26 31,8	12 18 15 18 - -	- - - - 11 13,5	- - - - 2 2	- 52 35 52 - -	25±3 30±1 20±1 30±1 - -	- - - - 8 14

Окончание таблицы 3

Тип корпуса	Размеры, мм					Электрические параметры
	W	b2	t	t1	M	C,пФ	L, мкГ	Rt, K/Bт
1-2a 1-3a 1-3b 1-3в 1-4а 1-4b	- - - - M5 M6	0,5±0,1 0,9±0,2 0,9±0,2 0,9±0,2 - -	- - - - 1,5 3	- - - - 1 2,2	- - - - 3,5 5,5	0,3 0,3 0,5 0.5 1 1	0,6 0,7 0,7 0,5 0,3 0,3	230 65 41 38 6,5 3

На кристаллодержателе помещается кристалл с p-n-переходом 2 и верхним выводом 3. Баллон 4 аналогичен по конструкции и матери­алам описанному для конструкции 1-3а и 1-3б, причем баллон корпу­са 1-4б больше по габаритам и имеет дополнительную перетяжку для уменьшения диаметра стеклоизолятора и защиты от деформации спая при окончательной герметизации. Окончательная герметизация прибо­ров в этих конструкциях корпусов осуществляется холодной сваркой. Для этого процесса на кристаллодержателе имеется специальный фла­нец. После герметизации холодной сваркой производится обжим и приварка штенгеля 5, просечка монтажного отверстия 6 и облужива­ние поверхности полученного соединения.

Основные параметры рассмотренных корпусов приведены в таблице 3.

14. В результате расчета должны быть представлены вольт­амперные характеристики для трех значений температур, частотная характеристика, чертеж прибора, краткая технология изготовления, библиографический список.