металлов, традиционно применяемых для металлизации кремния, дан в табл. 5.1.

Таблица 5.1. Характеристики металлов, применяемых для изготовления контактов тиристоров

Выбор соответствующего омического контакта определяется технологиеймонтажа тиристора в корпусе, содержащем электрические и термоконтакты. При монтаже (сборке) тиристора электроды или проволока присоединяются к омическим контактам прибора (рис. 5.12).

Проволочное соединение обеспечивается путем ультразвуковой или компрессионной сварки тонкой проволоки и металлизации кремния. Проволока может быть изготовлена из золота или алюминия. Для металлизации кремния обычно используется тот же металл, из которого сделана проволока. Контакт данного типа пригоден только для тиристоров, рассчитанных на слабые токи, по двум причинам.

Во-первых, проволока создает значительное электрическое сопротивление, так как для получения соединения с хорошими характеристиками ее диаметр должен быть небольшим (как правило, менее 0,3 мм). Во-вторых, проволочное соединение не способствует отводу тепла от тиристора.

Рассмотрим теперь паяные контакты. Низкотемпературные припои представляют собой следующие соединения: свинец - олово, свинец - олово - серебро и свинец - индий - серебро, точка плавления которых находится в диапазоне от 180 до 320° С. Данные припои обычно используются для непосредственного присоединения тиристора к медному электроду. Поскольку площадь поперечного сечения медного электрода может быть по меньшей мере такой же, как и площадь сечения тиристора, припои функционируют как эффективные проводники тепла и низкоомные электрические контакты.

Проволочный Вывод

Омический контакт

ПИШИ

mmiii

Рис. 5.12. Контакты мощных тиристоров:

а - проволочное соединение; б - паяный контакт; в - контакты, сформированные

путем компрессии

Металлизация кремния, обычно применяемая при паяных контактах, основана на никеле. Его, как правило, покрывают серебром или золотом для улучшения смачиваемости припоя. При плохой смачиваемости в слое припоя создаются пустоты, которые при определенных условиях обусловливают повышенные тепловое и контактное сопротивления. Одним из преимуществ припоев на основе свинца является значительное сопротивление термической усталости.

При работе тиристора он подвергается многократному воздействию температур, отклоняющихся от номинального значения. Из-за плохого сочетания коэффициентов теплового расширения кремния и медного электрода (табл. 5.1) медь расширяется больше кремния, в результате чего в слое припоя создается напряжение. У припоев на основе свинца наблюдается пластическая деформация при сравнительно низких температурах в процессе отжига напряжения. Эта деформация предотвращает также передачу механического напряжения кремнию, что могло

бы вызвать образование в нем трещин [Lang, Fehder, Williams, 1970].

При большом поперечном сечении тиристора низкотемпературный припой нельзя наносить непосредственно на медь. Это связано с тем, что напряжение, вызванное плохим соответствием коэффициентов теплового расширения кремния и меди, становится значительным и припой будет постоянно деформироваться. Для решения данной проблемы можно, например, поместить между кремнием и медью пластину из вольфрама или молибдена с соответствующим коэффициентом теплового расширения (табл. 5.1). В этом случае необходимы два слоя припоя, однако механическое напряжение каждого слоя уменьшается.

При использовании компенсационной пластины из молибдена или вольфрама кремний можно подвергать пайке высокотемпературным припоем. Если данный процесс осуществляется традиционнйм методом, то отдельный слой металла для формирования омического контакта к кремнию не требуется, так как в качестве высокоплавких припоев применяются эвтектики Аи - Si или А1 - Si. При изготовлении сильноточных контактов к аноду мощных тиристоров в тех случаях, когда кремниевая пластина прикрепляется к молибденовым или вольфрамовым компенсационным дискам, как правило, используется высокотем-!1ературный припой А1 - Si. Полученная структура называется базовым элементом и применяется в тех случаях, когда контакт между электродами и базовым элементом формируется под действием высоких осевых нагрузок, т. е. путем компрессии (рис. 5.12, в).

Образование базового элемента Мо- Si или W - Si основано на процессе сплавления. Кремниевая и компенсационная пластины прижимаются к пленке эвтектики А1 - Si и затем вся структура нагревается до температуры выше ее точкк плавления (577° С). При этом одновременно происходит сплавление эвтектики А1 - Si с кремнием и взаимодействие с металлической компенсационной пластиной.

При охлаждении на кремниевом анодном эмиттере формируется рекристаллизованный легированный слой р + -типа, который припаивается к пленке А1 - Si и компенсационной пластине. Одной из проблем, характерных для базового элемента данного типа и обусловленной различными коэффициентами линейного расширения кремния и молибдена или вольфрама, является изгибание биметаллического элемента и возникновение механического напряжения в кремнии.

Для тиристоров некоторых типов система с прижимными контактами может быть реализована путем непосредственного приложения компенсационной пластины из молибдена к кремнию без пайки высокотемпературным припоем [Prough. Knobloch, 1977]. В этом случае предполагается, что у тиристора обеспечен