1 1 Изобретение относитс к области электротехники, а более точно к способам изготовлени вьтр мительных . элементов. Изобретение может быть использовано при изготовлении силовых полупроводниковых приборов с прижимными контактами таблеточной и штыревой конструкции. Известен способ изготовлени выпр мительного элемента, включаюпщй соединение полупроводниковой структуры с электродом из серебра или его сплавов путем прижати электрода к металлизированной поверхности полупроводниковой структуры с помощью . пружинной шайбы. Недостатками этого способа вл етс то, что он не обеспечивает непосредственного контакта с физическо непрерывностью вдоль границы раздела между смежными поверхност ми, т.е. жесткого непосредственного креплени электрода из серебра или его сплавов к металлизированной поверхности полу проводниковой структуры, что приводи к увеличению теплового сопротивлени полупроводникового прибора в целом. При ТОКОВОМ:циклировании полупроводникового прибора происходит разогрев и охлаждение элементов, при это в силу разности коэффициентов термического расширени контактирующие элементы мен ют свои линейные размеры в разной степени, в силу чего про исходит проскальзывание электрода из серебра или его сплавов по контактирующим с ним поверхност м. По мере циклировани полупроводни ковых приборов, изготовленных вьшеописанным способом, происходит пластическа деформаци электрода из серебра , так называемое выжимание элек рода, в силу действи повтор ющихс раст гивающих сил из-за трени . Это заключаетс в увеличении исходного диаметра электрода, утонении периферийных областей и, как следствие,, уменьшении эффективного п тна контак та, по которому происходит передача электрической и тепловой энергии. По мимо этого, выжимание электрода из серебра приводит к ослаблению усили сжати и, соответственно, к возраста нию теплового сопротивлени , перегре ву и ускорению деградации электричес ких и эксплуатационных свойств. На периферийных участках электрода из 32 серебра возможно отсутствие плотного контакта и развитие процессов электроэррозии . Наиболее близким техническим решением вл етс способ изготовлени выпр мительного элемента, включающий нанесение на поверхность выпр мительного элемента сло алюмини или сплавов на основе алюмини и его соединение с электродом из серебра или сплавов на основе серебра. В этом способе электрод крепитс к поверхности полупроводниковой структуры кремниевым резиновым клеем. Введение дополнительного промежуточного сло кле приводит к возрастанию теплового сопротивлени и импульсного пр мого напр жени , При токовом циклировании выпр мительного элемента происходит разогрев и охлаждение элементов, в результате чего в слое кле происход т процессы старени , что приводит к деградации электрических и эксплуатационных свойств приборов в целом. Цель изобретени - повышение качества выпр мительных элементов за счет снижени теплового сопротивлени и уменьшени деградации электрических и эксплуатационных свойств. Поставленна цель достигаетс тем, что в способе изготовлени выпр мительных элементов, включающем нанесение на поверхность вьшр мительного элемента сло алюмини или сплавов на основе алюмини и его соединение с электродом из серебра или сплавов на основе серебра, соединение выпр мительного элемента с электродом осушествл ют путем диффузионной сварки с последующим охлаждением до температуры 230-250°С со скоростью 0,115 с- . Использование диффузионной сварки дл осуществлени жесткого непосредственного соединени электрода с металлизированной полупроводниковой структурой обуславливает создание (возникновение) металлических св зей между поверхностными аюмами элект- рода и атомами поверхности металлизированной полупроводниковой структуры на всей номинальной площади контакта, что гарантирует снижение теплового сопротивлени в силу действи наиболее эффективного атомно-молекул рного механизма теплопроводности в этом контакте в отличие от других, чисто прижимных контактов, где теплопередача осуществл етс помимо теплопроводнос ти еще конвекцией и излучением. Таким образом, диффузионное сварное соединение электрода с металлизи рованной полупроводниковой структуро позвол ет улучшить качество изготовл емых вьтр мительных элементов за счет уменьшени деградации эксплуата ционных характеристик , так как этим способом легко обеспечиваетс плотИый физический контакт по всей номинальной поверхности и минимизируетс тепловое сопротивление, одновременно исключа выжимание электрода в процессе циклировани . Последнее достигаетс тем, что радиальные раст гиваюпще усили , возникающие в процессе циклировани , воспринимаютс не только электродом, как в случае свободно расположенных электродов, а и той поверхностью, к которой жестко диффузионной сваркой присоединен электрод. В процессе диффузионной сварки в области сварного шва происходит обра зование твердого раствора алюмини с серебром. При охлаждении после сварки при температуре 390 С (согласно диаграмме состо ни ) происходит пери тектоидна реакщ распада пересыщенного твердого раствора с образова нием интерметаллического соединени oi +y5p :AgjAl. Другими словами, должна происходить диффузионна перестро ка кристаллической решетки пересьщен ного твердого раствора с образование интерметаллического соединени . Образование промежуточного сло такого интерметаллида крайне нежелательно в силу того, что ои noBbmiaef тепловое сопротивление, приводит к существенной потере прочности и пластичности жесткого непосредственного соединени электрода из серебра или его сплавов с алюминиевой металлизацией, а это, в свою очередь, может привести к раз рушению соединени , особенно в случае циклического воздействи нагрузок , возникакицих при циклировании. Проведение охлаждени после диффузионной сварки с определенной скоростью предотвращает образование и локализацию нежелательного сло интерметаллидов . Это достигаетс при проведении охлаждени со скоростью 0,1-15 с в диапазоне температур, начина ,с температуры сварки до 250-230С. Таким образом, происходит закалка, т.е. фиксаци неравновесного состо ни пересьпценного твердого раствора алюмини в серебре. При температуре ниже 230°С диффузионные процессы настолько замедл ютс , что образование прослойки интерметаллидов ;становитс невозможным. При охлаж )деиии в указанном диапазоне температур со скоростью менее 0,1 в зоipie сварного соединени образуетс толстый спой интерметаллида Ag.Al-. При скорости охлаждени больше 15 , по вл етс опасность образовани трещин в полупроводниковой структуре из-за теплового удара и отсутстви времени дл релаксации напр жений. Сущность изобретени по сн етс подробным описанием примеров его осуществлени . При изготовлении выпр мительного элемента собираетс пакет, состо щий из двух дисковых электродов серебра и металлизированной полупроводниковой структуры, у которой может быть многослойна металлизаци разными металлами, но при этом внешними сло ми металлизации с обеих сторон должен быть алюминий или его сплавы. Собранньй пакет нагревают до. температуры сварки 550°С в вакууме 66,5 мПа, сжимают с удельным усилием 15 мПа в течение 300 с и после сварки охлаждают до температуры 230250°С со скоростью от О,1 до 15 , формиру при этом одновременно жесткие непосредственные сварные соединени обоих электродов с полупроводниковой структурой. Пример 1, Изготавливают выпр мительный элемент диода ДЧ 143-1000 А диаметром 32 мм. Кремниева полупроводникова структуры соединена с вольфрамовым диском и металлизирована с обеих сторон дисками алюминиевой фольги, В качестве электродов использованы диски серебра марки 9999 диаметром 32 мм толщиной 0,1 мм. Диффузионна сварка осуществл етс по приведенному выше режиму, а охлаждение от 550 до ведут со скоростью 0,15 с . Проведенные после сварки металлографические и микрорентгеноспектральные исследовани зоны сварного соединени однозначно засвидетельствовали отсутствие в зоне сварки сло интерметаллидов AgjAl. Последующие испытани диодов ДЧ 143-1000 А показали их высоки электрические, тепловые и эксплуатационные характеристики. Пример 2. Изготавливают выпр мительные элементы тиристора Т171-200/320, диаметром 32 мм. Кремниева полупроводникова структура, соединенна с вольфрамовым диском и металлизированна с обеих сторон дис ками алюмини , соедин етс с электро :дами из серебра диаметром 32 мм толщиной 0,12 мм способом диффузионной сварки цо указанному режиму. Охлажде ние в интервале температур 550-250 С вели со скоростью 14 . Металлографическими исследовани ми на п ти .выпр мительных элементах отмечено от сутствие прослойки интерметаллидов в сварной зоне и трещин в полупроводниковой структуре, Испытани выпр мительных элементо в приборах показали высокие характеристики и преимущества предлагаемого способа в части электрических и теп|повых параметров, Пр. имер 3. Изготавливали выпр мительные элементы диода ДЧ 151-100 , диаметром 18 мм. Жесткое непосредственное применение электродов и серебра ведут одновременно с созданием алюминиевой металлизации кремниевой структуры способом диффузионной сварки. Собирают пакет, состо щи из днска серебра толщиной 0,05 мм, диска алюмини толщиной 0,02 мм, кре ниевой структуры, диска алюмини 0,1 мм, диска вольфрама 1,5 мм, диска алюмини 0,05 мм, диска серебра 0,05 мм. Диффузионна сварка пакета производилась при температуре 550 С,
сжимающем удельном усилии 15 мПа в течение.зоб с, в вакууме 66,5 мПа, Охлаждение после сварки до температуры 230с ведут со скоростью 4,5 с .
ных элементов только дл диодов за счет снижени рассеиваемой мощности потерь может принести народнохоз йственный эффект пор дка 400 тыс.руб. Металлографические исследовани показали отсутствие интерметаллидов в сварном соединении серебра с алюминием , а испытани сварных выпр мительных -члементов в приборе показали высокие электрические, тепловые и эксплуатационные характеристики. Способ изготовлени выпр мительного элемента по насто щему изобретению по сравнению с известными обладает следующими достоинствами: позвол ет изготавливать выпр мительные элементы, имеющие меньшее тепловое сопротивление; позвол ет повысить стойкость полупроводникового прибора к эксплуатационным нагрузкам в целом; позвол ет жестко непосредственно крепить электроды из серебра или его сплавов одновременно с созданием всех контактных соединений в выпр мительном элементе; позвол ет экономить серебро путем здаеньшени толщины электрода из серебра или его сплавов, Указанные преимущества дают возможность использовать предложенный способ при изготовлении вьшр мительных элементов дл широкого ассортимента силовых полупроводниковых приборов , наиболее значимо про вл сь в приборах, работающих в ключевом режиме , например, в регул торах электропривода , в сварочном оборудовании, в преобразовател х и инверторах лиНИИ электропередач, Предварительные расчеты показали, что использование предлагаемого способа при изготовлении вьтр митель