專利名稱：一種大功率全控半導(dǎo)體器件的壓裝閥堆的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種大功率全控半導(dǎo)體器件的壓裝閥堆，屬于電力電子技術(shù) 領(lǐng)域。
技術(shù)背景隨著電力電子技術(shù)的發(fā)展，功率半導(dǎo)體器件向更高電壓和更高電流等級(jí) 發(fā)展，隨之而來(lái)的，即是對(duì)與之配套的散熱器性能和半導(dǎo)體器件的緊固提出了更高的要求。在高壓應(yīng)用領(lǐng)域中，平板式大功率器件(如GTO、 IGCT， 集成門極換流晶閘管IGCT，是一種新型的大功率器件，這個(gè)產(chǎn)品是對(duì)門極 可關(guān)斷晶閘管GTO的改進(jìn)和完善)在電力電子變流技術(shù)中的應(yīng)用己是十分 普遍，但是傳統(tǒng)的平板式大功率器件和散熱器件(特指水冷散熱器)在安裝 時(shí)多采用長(zhǎng)螺栓將所有器件一起整體固定的方式。這種安裝方式采用專用設(shè) 備壓裝同心度較好，但是過(guò)程也較麻煩、壓裝復(fù)雜，很難保證器件要求的受 力大小和均勻性以及相關(guān)元件的一致性(保持元件的平行、同心、方向一致 性)。在應(yīng)用IGCT功率器件的大功率單相逆變器電路中，為了保證電路中 的一些隱含參數(shù)滿足功率器件IGCT的要求，必須采用獨(dú)有的元器件排列方 式來(lái)實(shí)現(xiàn)。由于半導(dǎo)體功率器件IGCT要通大電流的要求，必須要達(dá)到這種 元器件所要求的壓緊力，傳統(tǒng)的壓裝方式很難做到。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的在于提出一種大功率全控半導(dǎo)體器件的壓裝閥堆，以便達(dá) 到安裝簡(jiǎn)單，同時(shí)能很好的保證器件達(dá)到受力標(biāo)準(zhǔn)。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是 一種大功率全控半導(dǎo)體器件的 壓裝閥堆，該壓裝閥堆中部是兩個(gè)同樣的功率器件IGCT元件，兩個(gè)功率器 件IGCT元件中間是兩個(gè)散熱器，兩個(gè)功率器件IGCT元件外側(cè)還各設(shè)置一
個(gè)散熱器，各器件同軸線疊裝在一起，兩側(cè)的兩個(gè)散熱器外還各自向外側(cè)同 軸線疊裝有對(duì)應(yīng)的絕緣墊、支撐件和簧板，兩簧板之間在軸線四周均勻串設(shè) 有至少三根螺桿，各元器件通過(guò)各螺桿緊固在一起。所述的兩支撐件中， 一個(gè)為彈性構(gòu)件，另一個(gè)為萬(wàn)向配合構(gòu)件。所述的兩個(gè)功率器件IGCT元件中間的兩個(gè)散熱器方向相反。所述的兩個(gè)功率器件IGCT元件外側(cè)的散熱器和絕緣墊之間向外還各順 次設(shè)置一個(gè)二極管和一個(gè)散熱器。所述的各個(gè)二極管和功率器件IGCT元件的極性方向相同。所述的萬(wàn)向配合構(gòu)件支撐件為柱狀構(gòu)件，柱狀構(gòu)件與對(duì)應(yīng)的簧板配合端 設(shè)置有球頭結(jié)構(gòu)，該球頭與簧板表面的球面凹槽對(duì)應(yīng)萬(wàn)向配合。所述的彈性構(gòu)件支撐件是一個(gè)含有碟形彈簧墊片和平墊的平頭螺釘結(jié) 構(gòu)，平頭螺釘螺桿向外穿出對(duì)應(yīng)的簧板，并裝上防脫螺母。所述的軸向疊裝的相鄰各部件之間通過(guò)定位銷定向。所述的兩簧板之間在軸線四周均勻串設(shè)有四根雙頭螺桿，四根雙頭螺桿 兩端分別穿出對(duì)應(yīng)位置簧板的穿孔，端頭均通過(guò)螺母緊固，在壓裝閥堆一端 的四根螺桿端頭用另外的螺母固定有安裝板。本發(fā)明使用兩支撐件和簧板配合通過(guò)四周的螺桿進(jìn)行緊固，壓裝簡(jiǎn)單， 器件受力均勻，能夠保證構(gòu)件的電器性能。使用萬(wàn)向配合構(gòu)件支撐件保證了 壓緊力施加于器件的表面，避免了非要上下表面完全平行且和器件的軸心完 全垂直。使用彈性構(gòu)件支撐件保證了壓力機(jī)卸掉壓力后的壓緊力來(lái)源。在裝 置的四周應(yīng)用四根長(zhǎng)螺桿是為了讓裝置的四周能很好的露出來(lái)，便于外引冷 卻水管和電氣連接。使用絕緣墊的目的是為了提高裝置的絕緣能力，上下簧 板是框架部分，跟中間的器件是完全電氣絕緣的。兩個(gè)功率器件IGCT元件 中間設(shè)兩個(gè)散熱器，兩個(gè)散熱器方向相反，能夠保證更好的散熱性能。


圖l為本發(fā)明的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2為圖1的左視圖； 圖3為圖l的俯視圖。
具體實(shí)施方式
場(chǎng)地要求要滿足條件，先將裝置的框架按順序把底部和螺桿組合在一 起，再將功率器件和散熱器串聯(lián)排列，在兩個(gè)器件中間用定位銷相互定位連 接(在散熱器的一側(cè)有它自身附帶的定位銷)，但在中間的兩個(gè)功率器件中 間是兩個(gè)方向相反的散熱器。在器件排列的兩端各有一個(gè)絕緣墊(它的絕緣 程度決定了整個(gè)裝置的電壓絕緣程度)，在底部是一個(gè)兩個(gè)平面關(guān)系可變的 下裝組件，在上部的是一個(gè)含有多層碟形彈簧的上支撐件(壓緊后是靠它產(chǎn) 生的應(yīng)力來(lái)達(dá)到元件壓緊力的目的)。在下支撐件和上支撐件的外側(cè)分別是 下簧板和上簧板，在下支撐件和下簧板之間也有一個(gè)定位銷連接。上簧板則 是在中間有一孔讓上支撐件穿出同時(shí)達(dá)到定位的目的。使同一側(cè)的散熱器保 持在統(tǒng)一位置，同時(shí)讓功率元件也要上下左右保持一致，然后預(yù)緊四個(gè)螺 栓。整個(gè)裝置放到壓力機(jī)上，松開螺栓，在無(wú)壓力的時(shí)候再次調(diào)整器件方 向，然后加力到器件額定值，再把四個(gè)螺栓緊固，松開壓力機(jī)，取出壓裝閥 堆，安裝完成。具體的做法如下裝配場(chǎng)地必須清潔，有防塵和防靜電的設(shè)施。預(yù)裝開始前，水冷散熱片7、 二極管8和功率器件IGCT元件9連接的表面必須使 用棉絨布沾酒精(或乙醇)正確的清洗。.散熱片和半導(dǎo)體的表面應(yīng)該小心處 理，避免劃傷或其他的損壞。兩支撐件中，上支撐件為彈性構(gòu)件，下支撐件 為萬(wàn)向配合構(gòu)件。萬(wàn)向配合構(gòu)件支撐件為柱狀構(gòu)件，柱狀構(gòu)件與對(duì)應(yīng)的下簧 板配合端設(shè)置有球頭結(jié)構(gòu)，該球頭與簧板表面的球面凹槽對(duì)應(yīng)萬(wàn)向配合。彈 性構(gòu)件支撐件是一個(gè)含有碟形彈簧墊片和平墊的平頭螺釘結(jié)構(gòu)，平頭螺釘螺 桿向外穿出對(duì)應(yīng)的簧板，并裝上防脫螺母。在雙頭螺桿上加絕緣套管。待散 熱片和器件晾干后，按下面的疊裝順序進(jìn)行.- 如圖l、圖2、圖3所示，雙頭螺桿3—端加裝安裝板1用M12螺母加 彈墊并緊固——插入放在平臺(tái)上的下簧板2——定位銷6——加下支撐件4一 一定位銷6——絕緣墊5——定位銷6——散熱器7——二極管8——散熱器 7——定位銷6~~IGCT功率器件9——散熱器7——定位銷6——散熱器 7——IGCT功率器件9——散熱器7——定位銷6——二極管8——散熱器 7——定位銷6——絕緣墊5——加上支撐件10——把雙頭螺桿套入上簧板 11加M12螺母12。在安裝時(shí)必須使器件面面平穩(wěn)接觸良好。使各組件的中 心和上下簧板中心要在一條線上。在疊裝IGCT功率器件時(shí)必須專人扶住保 持平行放置。預(yù)壓裝成的IGCT閥堆見圖1。安裝時(shí)注意二極管及IGCT的 極性方向一致。使用扳手先緊固對(duì)角的螺桿，再緊另一對(duì)角，緊固時(shí)保證對(duì)角螺桿緊固力矩相同，保證四個(gè)螺桿的螺母在同一水平位置附近。在預(yù)緊前，應(yīng)使同一側(cè)的散熱器保持在統(tǒng)一位置，同時(shí)讓IGCT功率器件也要上下左右保持一致。使用扳手緊固四個(gè)螺桿，當(dāng)緊固較吃力時(shí)，可以認(rèn)為預(yù)裝工作完成。當(dāng)以上步驟完成以后，統(tǒng)一使用壓力機(jī)，在壓力機(jī)下壓前，在閥堆的底 部墊一平墊使閥堆的底座鋼片懸空，在閥堆的上部放上壓裝的工裝壓塊，防止壓力機(jī)接觸閥堆的上裝組件(蝶彈螺栓)，保證壓力機(jī)的壓力是完全加在 上下簧板上。在加力前，把閥堆螺母松開，并讓壓力機(jī)的壓力讀數(shù)為0。再次使同一 側(cè)的散熱器保持在統(tǒng)一位置，同時(shí)讓IGCT功率器件也要上下左右保持一 致。然后在閥堆的上下簧板兩面施加40kN的壓力，緊固閥堆的4個(gè)螺柱上 的螺母，緊固方法同預(yù)緊時(shí)一樣。為了防止偏壓，使用扳手先緊固對(duì)角的螺 桿，再緊另一對(duì)角，緊固時(shí)保證對(duì)角螺桿緊固力矩相同，保證四個(gè)螺桿的螺 母在同一水平位置。有可能的話，四個(gè)同時(shí)緊固。當(dāng)使用扳手緊固較吃力 時(shí)，可以認(rèn)為壓裝工作完成。把壓力機(jī)松開，取出閥堆。
權(quán)利要求
1. 一種大功率全控半導(dǎo)體器件的壓裝閥堆，其特征在于該壓裝閥堆中部是兩個(gè)同樣的功率器件IGCT元件，兩個(gè)功率器件IGCT元件中間是兩個(gè)散熱器，兩個(gè)功率器件IGCT元件外側(cè)還各設(shè)置一個(gè)散熱器，各器件同軸線疊裝在一起，兩側(cè)的兩個(gè)散熱器外還各自向外側(cè)同軸線疊裝有對(duì)應(yīng)的絕緣墊、支撐件和簧板，兩簧板之間在軸線四周均勻串設(shè)有至少三根螺桿，各元器件通過(guò)各螺桿緊固在一起。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的兩支撐件 中， 一個(gè)為彈性構(gòu)件，另一個(gè)為萬(wàn)向配合構(gòu)件。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的兩個(gè)功 率器件IGCT元件中間的兩個(gè)散熱器方向相反。
4、 根據(jù)權(quán)利要求3所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的兩個(gè)功率器 件IGCT元件外側(cè)的散熱器和絕緣墊之間向外還各順次設(shè)置一個(gè)二極管和一 個(gè)散熱器。
5、 根據(jù)權(quán)利要求4所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的各個(gè)二極管 和功率器件IGCT元件的極性方向相同。
6、 根據(jù)權(quán)利要求5所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的萬(wàn)向配合構(gòu) 件支撐件為柱狀構(gòu)件，柱狀構(gòu)件與對(duì)應(yīng)的簧板配合端設(shè)置有球頭結(jié)構(gòu)，該球 頭與簧板表面的球面凹槽對(duì)應(yīng)萬(wàn)向配合。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的彈性構(gòu)件支 撐件是一個(gè)含有碟形彈簧墊片和平墊的平頭螺釘結(jié)構(gòu)，平頭螺釘螺桿向外穿 出對(duì)應(yīng)的簧板，并裝上防脫螺母。
8、 根據(jù)權(quán)利要求3、 4、 5或6所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的 軸向疊裝的相鄰各部件之間通過(guò)定位銷定向。
9、根據(jù)權(quán)利要求8所述的壓裝閥堆，其特征在于所述的兩簧板之間 在軸線四周均勻串設(shè)有四根雙頭螺桿，四根雙頭螺桿兩端分別穿出對(duì)應(yīng)位置 簧板的穿孔，端頭均通過(guò)螺母緊固，在壓裝閥堆一端的四根螺桿端頭用另外 的螺母固定有安裝板。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種大功率全控半導(dǎo)體器件的壓裝閥堆，該壓裝閥堆中部是兩個(gè)同樣的功率器件IGCT元件，兩個(gè)功率器件IGCT元件中間是兩個(gè)散熱器，兩個(gè)功率器件IGCT元件外側(cè)還各設(shè)置一個(gè)散熱器，各器件同軸線疊裝在一起，兩側(cè)的兩個(gè)散熱器外還各自向外側(cè)同軸線疊裝有對(duì)應(yīng)的絕緣墊、支撐件和簧板，兩簧板之間在軸線四周均勻串設(shè)有至少三根螺桿，各元器件通過(guò)各螺桿緊固在一起。本發(fā)明使用兩支撐件和簧板配合通過(guò)四周的螺桿進(jìn)行緊固，壓裝簡(jiǎn)單，器件受力均勻，能夠保證構(gòu)件的電器性能。使用萬(wàn)向配合構(gòu)件支撐件保證了壓緊力施加于器件的表面，避免了非要上下表面完全平行且和器件的軸心完全垂直。使用彈性構(gòu)件支撐件保證了壓力機(jī)卸掉壓力后的壓緊力來(lái)源。
文檔編號(hào)H01L25/07GK101211905SQ20071010146
公開日2008年7月2日 申請(qǐng)日期2007年4月18日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月30日
發(fā)明者張東江, 李正力, 陳天錦 申請(qǐng)人:許繼集團(tuán)有限公司;許繼電源有限公司