ВКД-200

Силовой диффузионный диод, номинальный ток 200 Ампер (среднее значение), номинальное напряжение (для моего экземпляра) 200 В, среднее значение напряжения в открытом состоянии 0,55 Вольт.

Это первые советские вентили, производимые по диффузионной технологии. Начало производства - 1966 год (Таллинский электротехнический завод).

Производитель - саранский Электровыпрямитель, хотя поначалу их выпускал и Запорожский электроаппаратный завод.

Вентили ВКД могут работать при воздушном естественном и принудительном охлаждении, при этом для вентиля ВКД-200 среднее значение выпрямленного тока будет иметь следующие величины:

- при естественном охлаждении - 50 А
- при воздушном принудительном охлаждении 5 м/сек - 150 А
- при воздушном принудительном охлаждении 15 м/сек - 200 А

Вентили одного класса и одной группы допускают последовательное и параллельное соединение.
Для параллельного соединения следует применять вентили с минимальным разбросом по прямому падению напряжения. Суммарную величину выпрямленного тока необходимо снижать на 10% при разбросе 0,02 В и на 20% при разбросе 0,04 В.

В настоящее время при необходимости замены, завод рекомендует применять Д161-200Х-2.

В литературе я нашёл два разных варианта конструкции этих вентилей

Рабочим элементом является кристалл кремния 1 с р- и n-слоями и p-n-переходом между ними. Слой р создается в исходном монокристалле кремния n-проводимости (представляющем собой диск диаметром от 10 до 20—25 мм и толщиной 0,35—0,4 мм) введением акцепторных примесей (алюминия и бора) путем диффузии на глубину, примерно равную 0,1—0,15 мм. Так как кристалл кремния столь небольшой толщины механически непрочен, то во избежание деформаций и трещин при колебаниях рабочей температуры к кристаллическому диску (до его присоединения к медным теплоотводам) припаиваются оловянистыми припоями снизу и сверху пластинки 3 из никелированного вольфрама или молибдена, коэффициент расширения которых близок к коэффициенту расширения кремния. Эти пластины называют термокомпенсирующими. Через нижнюю термокомпенсирующую пластину вентильный элемент припаивается к медному основанию корпуса 5, чем обеспечивается высокая тепло- и электропроводность. Медное основание выполняет одновременно функции внешнего вывода от катода 2, а анодным выводом служит медный жгут 4, припаиваемый к глухой верхней стенке втулки, изолируемой от стального корпуса изолятором 6 из молибденового стекла (изолятор припаивается к металлу).
   Защита кристалла от атмосферных воздействий (антикоррозийная стойкость) достигается герметизированием корпуса и введением защитного покрытия торцов кристалла (эпоксидной смолой).

1 - основание вентиля (головка болта); 2 - фторопластовое уплотнительное кольцо; 3 - кремниевый выпрямляющий элемент (p-n-переход); 4 - гибкий вывод; 5 - крышка корпуса; 6 - изолирующее стеклянное кольцо; 7 - внутренний стальной стакан; 8 - наружный стакан; 9 - гибкий катодный вывод; 10 - анодная шпилька

 

Прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода
Зависимость пробивного напряжения от температуры

 

Зависимость допустимой мощности потерь от скорости охлаждающего воздуха при различных температурах перегрева

1 - Т = 40°С; 2 - Т = 60°C; 3 - Т = 80°С; 4 - Т = 100°C; 5 - Т = 120°С
Допустимая тепловая нагрузка при воздушном охлаждении и разных скоростях охлаждающего воздуха

 

Перегрузочная способность вентиля ВКД-200 в условиях принудительного воздушного охлаждения (v=15м/с) при различных температурах корпуса прибора в моменты времени, предшествующие началу перегрузки

1 - Тк = 80°C; 2 - Тк = 100°C; 3 - Тк = 120°С

Статья о технологии производства вентилей ВКД. А если вкратце, то:

  После соответствующей подготовки кремниевого диска n-типа (шлифовка, очистка, травление) на его поверхность наносится 2%-ый раствор борной кислоты.
  Затем диск устанавливают в кассету, которая помещается в вакуумную печь, где диффузионный процесс протекает под вакуумом в течение 10—20 ч при температуре 1300°С. В результате происходит диффузия бора в кремниевый диск на глубину 30—50 мк, чем создается высоколегированная зона дырочной проводимости. Изменением температуры и длительности диффузионного процесса можно достаточно хорошо регулировать глубину высоколегированной зоны p.
  После остывания диск с одной стороны шлифуют для удаления с поверхности слоя р.
  Затем следует цикл травлений, трехкратной никелировки и отжига кремниевого диска при различных каждый раз технологических условиях. Для травления применяется плавиковая кислота и кипящий щелочной раствор. Промывка производится в горячей деионизироваинон воде. Для сушки используется термостат. Выжигание никеля ведется при первом цикле на воздухе, затем в вакууме (10-3 мм рт. ст.) каждый раз при различном температурном режиме (1240, 800, 220°С).

  Цель процесса никелирования — восстановление структуры кремния после нагрева при диффузии, создание высоколегированного n-слоя на нижней поверхности диска за счет проникновения содержащегося в никеле фосфора, подготовка поверхностей к спаиванию припоем с другими элементами перехода.

  Сборка p-n перехода состоит в соединении кремниевого диска с вольфрамовыми путем пайки оловянистыми припоями под бескислотным флюсом. После пайки по боковой поверхности перехода снимается фаска. Так же как и при сплавном методе получения p-n перехода, все его наружные поверхности покрываются защитным эпоксидным лаком. Готовый p-n переход в обоих случаях поступает на стенд для проверки его вольт-амперной характеристики.

Источники:

1. Быков Евгений Ильич. Силовые кремниевые выпрямители. М.-Л., "Энергия", 1966 (Б-ка электромонтера. Вып.210).
2. О.А. Кузнецов, Я.И. Стиоп. Полупроводниковые выпрямители. - М.-Л., изд-во "Энергия", 1966.
3. Бирзниек Л. Полупроводниковые преобразователи. Пер. с латыш. М., "Энергия", 1967 (Б-ка электромонтера. вып.227).
4. Лила А. Доневска, Росица Й. Дойчинова. Полупроводникови прибори. Учебник за техникумите по електротехника, специалност "електронна техника", профил "полупроводникова техника". Издателство "Техника", София, 1970.

домой