本發(fā)明涉及一種緊固設(shè)備，具有機(jī)械夾緊的依次堆疊地設(shè)置的組件的布置、用于在組件的布置上產(chǎn)生機(jī)械壓力的緊固裝置以及用于將機(jī)械壓力從緊固裝置傳送到所述布置的壓力件。

背景技術(shù)：

這種緊固設(shè)備由現(xiàn)有技術(shù)所公知。

文獻(xiàn)DE 10 2011 006 990 A1描述了一種柱狀緊固設(shè)備，其中借助構(gòu)造為壓力板的壓力件和緊固螺釘將堆疊地上下布置的功率二極管和散熱器彼此機(jī)械地夾緊。借助緊固螺釘產(chǎn)生的壓力在此在特定的點(diǎn)被傳送到壓力板。這在該公知的緊固設(shè)備中導(dǎo)致不均勻的壓力分布。在柱狀緊固設(shè)備的中心軸區(qū)域中產(chǎn)生的壓力遠(yuǎn)高于在其邊緣區(qū)域中產(chǎn)生的壓力。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是，建立一種上述類型的緊固設(shè)備，其中壓力的傳送是盡可能均勻的。

按照本發(fā)明，上述技術(shù)問(wèn)題在緊固設(shè)備中通過(guò)壓力件來(lái)解決，該壓力件包含金屬泡沫材料。

通過(guò)使用金屬泡沫材料，其彈性特性可以有針對(duì)性地控制并且可以通過(guò)相應(yīng)的制造來(lái)影響，可以在將壓力傳送到組件的布置上時(shí)實(shí)現(xiàn)相對(duì)均勻的壓力分布。如果組件是并聯(lián)連接的、具有相對(duì)大的平面并且還是細(xì)和脆的半導(dǎo)體芯片，這是特別重要的。在這樣的情況下，不均勻性會(huì)導(dǎo)致組件損壞。此外，壓力件可以關(guān)于待夾緊的組件的大小任意伸縮。相應(yīng)地，按照本發(fā)明的緊固設(shè)備的優(yōu)點(diǎn)可以應(yīng)用于任意大小的組件。

通過(guò)使用包含金屬泡沫材料的壓力件，可以實(shí)現(xiàn)衰減設(shè)備振蕩的附加效果。與實(shí)心材料相比，金屬泡沫材料的衰減特性可以高出2-3倍。這尤其可以在高壓技術(shù)(例如高壓直流傳輸)的應(yīng)用中是具有優(yōu)勢(shì)的，在那里通過(guò)高頻激勵(lì)使所述布置的組件一般處于振蕩并且由此受到機(jī)械應(yīng)力。

作為金屬泡沫材料例如可以考慮以鋼、鋁或氧化鈦為基礎(chǔ)的泡沫材料。金屬泡沫材料可以借助由專業(yè)人員已知的粉末冶金法來(lái)制造。在這種的方法中將金屬粉末(例如鋁)與釋放氣體的發(fā)泡劑(例如氫化鈦)相混合。然后，將粉末混合物濃縮并且在熱處理過(guò)程中使其發(fā)泡?？梢钥紤]借助專業(yè)人員同樣已知的熔煉冶金法來(lái)制造金屬泡沫材料。用于制造金屬泡沫材料的方法例如在文獻(xiàn)DE 10 2006 031 213 B3中描述。在已知的方法中可以幾乎任意地選擇在金屬泡沫中形成的氣孔的數(shù)量和/或大小以及金屬泡沫材料的大小和由此彈性特性。

彈性特性例如可以通過(guò)彈性模量來(lái)表征或量化。隨著氣孔的體積分量的增加，金屬泡沫材料的彈性模量和由此其硬度相應(yīng)地減小。

按照本發(fā)明的優(yōu)選的實(shí)施方式，壓力件包含多個(gè)具有不同彈性特性的金屬泡沫材料。通過(guò)金屬泡沫材料在壓力件中的合適的空間設(shè)置，可以特別有針對(duì)性地控制平面的壓力分布并且將其與各個(gè)應(yīng)用相匹配。較小的彈性模量在此意味著金屬泡沫材料的較高的柔韌性。

按照本發(fā)明的特別優(yōu)選的實(shí)施方式，壓力件中的金屬泡沫材料形成部分區(qū)域，所述部分區(qū)域設(shè)置為，使得部分區(qū)域的硬度關(guān)于所述布置的中心軸從內(nèi)向外增加。通過(guò)部分區(qū)域的該空間設(shè)置可以實(shí)現(xiàn)特別均勻的壓力傳送。

按照本發(fā)明的另外的優(yōu)選的實(shí)施方式，所述布置包括至少一個(gè)半導(dǎo)體元件，其中半導(dǎo)體元件包括平行設(shè)置的緊壓包裝半導(dǎo)體(Press-Pack-Halbleiter)(為此例如參見(jiàn)文獻(xiàn)EP 1 403 923 A1)。由此，半導(dǎo)體元件由并排設(shè)置的半導(dǎo)體模塊組成。半導(dǎo)體模塊形成電組件的并聯(lián)電路。在此，例如可以是IGBT半導(dǎo)體、二極管或晶閘管元件或者相應(yīng)組合的、具有單獨(dú)殼體的模塊。這樣的半導(dǎo)體模塊的表面例如可以具有6至9mm的直徑。組件的待夾緊的表面可以在400和1000cm²之間。

為了冷卻半導(dǎo)體元件，所述布置優(yōu)選地還包括至少一個(gè)由導(dǎo)電材料構(gòu)成的冷卻板，其中至少一個(gè)冷卻板與半導(dǎo)體元件鄰接地設(shè)置，從而在半導(dǎo)體元件和冷卻板之間存在電接觸。冷卻板用于導(dǎo)出半導(dǎo)體元件中形成的熱量。該熱量尤其通過(guò)半導(dǎo)體元件的導(dǎo)通電阻形成。合適地，冷卻板由還導(dǎo)熱的材料組成，優(yōu)選具有高于200W/(mK)的導(dǎo)熱系數(shù)的材料，例如金屬或金屬合金。

所述布置還可以包括多個(gè)依次疊置的半導(dǎo)體元件，其中給每個(gè)半導(dǎo)體元件分配至少一個(gè)冷卻板并且半導(dǎo)體元件構(gòu)成串聯(lián)電路。

特別優(yōu)選地是，給每個(gè)半導(dǎo)體元件分配兩個(gè)冷卻板，其設(shè)置在各自的半導(dǎo)體元件的兩側(cè)。通過(guò)這種方式可以在半導(dǎo)體元件的兩側(cè)實(shí)現(xiàn)熱排出。因?yàn)槔鋮s板由導(dǎo)電材料制成，所以借助冷卻板建立在半導(dǎo)體元件之間的電接觸。

為了進(jìn)一步改善壓力傳送的均勻性，視為特別具有優(yōu)勢(shì)的是，設(shè)置配合壓力件，其關(guān)于組件的布置與壓力件相對(duì)設(shè)置。配合壓力件可以，但不是必須，與壓力件相同地構(gòu)造。特別地，兩者可以圓錐形地、錐臺(tái)形地、梯形地或以任意其它合適的形狀構(gòu)造。

此外，本發(fā)明涉及一種變流器的子模塊，具有至少一個(gè)由功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元構(gòu)成的串聯(lián)電路和與之并聯(lián)連接的能量存儲(chǔ)器，該功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元分別具有帶有相同的導(dǎo)通方向的可通斷的功率半導(dǎo)體并且分別在上述導(dǎo)通方向的相反方向是導(dǎo)通的。這樣的子模塊的示例由DE 101 030 31 A1所公知。

基于已知的子模塊，本發(fā)明要解決的另外的技術(shù)問(wèn)題是，建議一種上面提到的類型的子模塊，其盡可能少地發(fā)生故障。

按照本發(fā)明，上述技術(shù)問(wèn)題通過(guò)這類子模塊來(lái)解決，其中在前面描述的緊固裝置中實(shí)現(xiàn)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元的串聯(lián)電路。

通過(guò)使用按照本發(fā)明的壓力件可以避免半導(dǎo)體由于不均勻的壓力分布而損壞和故障的危險(xiǎn)。

附圖說(shuō)明

下面對(duì)照?qǐng)D1和圖2所示的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的說(shuō)明。

圖1以示意圖示出了按照本發(fā)明的緊固設(shè)備的實(shí)施例的橫截面。

圖2以示意圖示出了按照本發(fā)明的子模塊的實(shí)施例。

具體實(shí)施方式

圖1示出了按照本發(fā)明的緊固設(shè)備1的示意性側(cè)視圖。緊固設(shè)備1包括依次堆疊地設(shè)置的組件3、4、5、6、7的布置2，這些組件彼此機(jī)械地夾緊。在本發(fā)明的圖1中示出的實(shí)施例中，組件4和6是半導(dǎo)體元件。組件3、5和7是冷卻板，其由導(dǎo)電且導(dǎo)熱的材料制成。由此，在布置2的組件3-7之間存在導(dǎo)電連接，從而組件、并且特別是半導(dǎo)體模塊4、6形成電的串聯(lián)電路。布置2的組件3-7彼此夾緊，方法是，將由圖1中未示出的緊固裝置產(chǎn)生的機(jī)械力從兩個(gè)端面?zhèn)仁┘拥讲贾?。緊固裝置例如可以以螺旋機(jī)構(gòu)形式實(shí)現(xiàn)。由緊固裝置產(chǎn)生的機(jī)械力的方向在圖1中以附圖標(biāo)記8和9標(biāo)出。借助壓力件10和配合壓力件11將機(jī)械力傳送到緊固設(shè)備1。在圖1中示出的緊固設(shè)備1的實(shí)施例中，緊固設(shè)備1具有圓形的基本平面。因此，壓力件10和配合壓力件11具有錐臺(tái)形狀。

壓力件10包含金屬泡沫材料，其中金屬泡沫材料形成五個(gè)部分區(qū)域12-16。部分區(qū)域12、13、14、15和16設(shè)置為，使得其彼此部分地包圍。在此，部分區(qū)域12被部分區(qū)域13部分地包圍，部分區(qū)域13和部分區(qū)域14和相應(yīng)地部分區(qū)域15被部分區(qū)域16部分地包圍。給每個(gè)部分區(qū)域12-16分配金屬泡沫材料，其中金屬泡沫材料尤其通過(guò)其彈性模量來(lái)區(qū)分。部分區(qū)域12中的金屬泡沫材料在此具有最低的彈性模量。這相應(yīng)于所有部分區(qū)域的最大的氣體含量或最小的硬度。相應(yīng)地，在部分區(qū)域13-16中金屬泡沫材料的彈性模量關(guān)于緊固設(shè)備的中心軸或?qū)ΨQ軸17從內(nèi)向外增加。

與壓力件10相對(duì)地設(shè)置配合壓力件11。配合壓力件11與壓力件10鏡像地類似地構(gòu)造。由此，配合壓力件11具有部分區(qū)域18、19、20、21、22，其分別分配金屬泡沫材料。部分區(qū)域18-22通過(guò)在其中包含的金屬泡沫材料來(lái)區(qū)分。每個(gè)金屬泡沫材料具有彈性模量，相應(yīng)于壓力件10，其關(guān)于軸17從內(nèi)向外具有增加的值。

圖2示出了按照本發(fā)明的子模塊23的實(shí)施例。子模塊23雙極地構(gòu)造，其中子模塊23的極(端子)在圖2中以附圖標(biāo)記24和25標(biāo)出。子模塊23構(gòu)成圖2中未圖形地示出的變流器的部分，其中在構(gòu)造變換器相位支路的條件下串聯(lián)連接與子模塊23類似構(gòu)造的多個(gè)另外的子模塊23。子模塊23具有功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元26的串聯(lián)電路，其中兩個(gè)功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元26的每一個(gè)都由功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)27和與之反并聯(lián)連接的二極管28組成。子模塊23還包括存儲(chǔ)電容29，其與功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元26的串聯(lián)電路并聯(lián)地設(shè)置。功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元26的串聯(lián)電路以圖1中示出的緊固設(shè)備1的形式實(shí)施。

附圖標(biāo)記列表

1 緊固設(shè)備

2 組件的布置

3-7 組件

8,9 箭頭

10 壓力件

11 配合壓力件

12-16 部分區(qū)域

17 中心軸

18-22 部分區(qū)域

23 子模塊

24,25 端子

26 功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)單元

27 功率半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)

28 二極管

29 能量存儲(chǔ)器