用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置，其包括：多個平行并列分布的半導體承載單元，半導體承載單元包括與多個平板式功率半導體器件彼此疊加而形成串的多個散熱器，以及設在串的兩端的絕緣件；設在半導體承載單元的兩端并通過固定單元來連接的第一和第二壓板；設在第一或第二壓板上的頂壓單元，頂壓單元能夠把承載單元以所需的壓裝力頂壓在第一和第二壓板之間。根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置不僅降低雜散電感而提高平板式功率半導體器件的工作效率，而且還可便于日后維修維護。
【專利說明】用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及電力電子【技術領域】，尤其涉及一種用于平板式功率半導體器件的壓裝
>J-U ρ?α裝直。
【背景技術】 [0002]在大功率變頻系統(tǒng)中，考慮到輸出能力、散熱以及電磁兼容方面的等問題，通常選用平板型功率半導體器件。但對于平板型功率半導體器件而言，由于自身特性，需要在陰極和陽極之間施加一定的壓裝力，并且還需要保證該壓裝力能夠均衡、持續(xù)地保持在這個范圍內(nèi)，這樣才能使其電氣性能得到最佳的工作狀態(tài)。
[0003]目前，現(xiàn)有的平板式功率半導體器件大多都能夠解決上述問題，但是其組成結構都為單串式。然而，當該單串式壓裝裝置應用在多電平電路中時，為了滿足大功率變頻的需求，通過需要分散安裝多個單串式壓裝裝置。這樣，不但會增加電路結構的體積，而且還會增加許多導線及相應母排，從而導致電路布局雜散而增大由線路引起的雜散電感。然而，由于平板式功率半導體器件對電路連接中雜散電感的分布要求極為苛刻，因此增大的雜散電感會影響其工作效率。此外，這種安裝方式也不便于日后維修維護。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明為了解決上述部分或全部技術問題，提供一種用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置，其不僅降低雜散電感而提高平板式功率半導體器件的工作效率，而且還可便于日后維修維護。
[0005]根據(jù)本發(fā)明，提供一種用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置，其包括:多個平行并列分布的半導體承載單元，半導體承載單元包括與多個平板式功率半導體器件彼此疊加而形成串的多個散熱器，以及設在串的兩端的絕緣件；設在半導體承載單元的兩端并通過固定單元來連接的第一和第二壓板；設在第一或第二壓板上的頂壓單元，頂壓單元能夠把承載單元以所需的壓裝力頂壓在第一和第二壓板之間。
[0006]在一個實施例中，固定單元包括多個成矩陣分布的且均穿過第一和第二壓板的第一緊固件，以及用于把第一緊固件分別固定于第一和第二壓板上的第二緊固件。
[0007]在一個實施例中，在第一緊固件與第一或第二壓板之間的配合處設有用于阻止第一緊固件發(fā)生相對轉動的定位件。
[0008]在一個實施例中，第一緊固件具有通入冷卻液的流道。
[0009]在一個實施例中，第一和第二壓板的外側均固接有用于加強結構強度的加強板，在加強板上設有用于把該壓裝裝置安裝到能夠安裝該壓裝裝置的電路中的安裝部。
[0010]在一個實施例中，頂壓單元包括延伸穿過第一或第二壓板的移動件，以及設置在移動件和第一或第二壓板之間的彈性件，在移動件的內(nèi)部通過螺紋接合而與頂壓件相連的頂壓件，其中，頂壓件能被促動而朝向絕緣件運動，并且導致移動件克服彈性件的作用力而沿相反方向運動。[0011]在一個實施例中，在頂壓件的螺紋端設有用于頂壓絕緣件的平衡塊，平衡塊具有圓錐部，圓錐部的錐角等于90度。
[0012]在一個實施例中，頂壓件的螺紋端設有球形面，而平衡塊的中心處設有用于匹配連接球形面的球形坑。
[0013]在一個實施例中，移動件的小頭端上設有用于標識由頂壓單元頂壓施壓在半導體承載單元上的壓力大小的壓力標識機構。
[0014]在一個實施例中，固定單元包括四個成矩形矩陣分布的第一緊固件和十六個用于把第一緊固件分別固定在第一和第二壓板上的第二緊固件，在第一和第二壓板之間設有三個呈“品”字分布的半導體承載單元。
[0015]根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置，其不僅可以有效地保證平板式功率半導體器件所需的壓裝力，而且還可以降低產(chǎn)生的雜散電感，從而利于平板式功率半導體器件更好的工作。另外，該壓裝裝置相對于傳統(tǒng)上使用的壓裝裝置具有更好的散熱功能和平衡穩(wěn)定地對平板式功率半導體器件施壓的功能。此外，多個半導體承載單元可以單獨拆裝，從而利于損壞后的更換，即利于日后維修維護。
[0016]根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置100的結構簡單、加工方便，安裝容易，使用安全可靠，便于實施推廣應用。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]在下文中將基于實施例并參考附圖來對本發(fā)明進行更詳細的描述。其中:
[0018]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置的結構示意圖；
[0019]圖2顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置的頂壓單元；
[0020]圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置的卡接件。
[0021]在附圖中，相同的部件使用相同的附圖標記。附圖并未按照實際的比例繪制。
【具體實施方式】
[0022]下面將結合附圖對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]圖1顯示了根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置100。該壓裝裝置100包括多個平行并列式分布的半導體承載單元I。半導體承載單元I包括串狀結構。串狀結構主要由多個相互疊加的平板式功率半導體器件13 (簡稱半導體器件13)和散熱器12組成。散熱器12可用于散去工作中半導體器件13的熱量使之穩(wěn)定運行。而這種串狀結構可以進一步加強散熱器12的散熱效果。
[0024]另外，半導體承載單元I還包括設在串狀結構的兩端的絕緣件11。絕緣件11可以有效地避免電能從半導體承載單元I傳遞給整個壓裝裝置100，以便保證相關設備和人員的安全。
[0025]根據(jù)本發(fā)明，壓裝裝置100還包括設置在多個半導體承載單元I的兩端的第一壓板2和第二壓板6。第一壓板2和第二壓板6通過固定單元33來實現(xiàn)彼此間隔開的設置，以便容納并固定半導體承載單元I。第一壓板2和第二壓板6優(yōu)選為鋁合金材料制成，這樣不僅可以減輕重量，而且還可以保證其具有足夠的強度和剛度。為進一步增強第一壓板2和第二壓板6的強度，可以在第一壓板2和第二壓板6的外側分別固接加強板5。加強板5可設有安裝部52，并在安裝部52上構成出通孔51。安裝部52及通孔51不但可以方便壓裝裝置100安裝在電路系統(tǒng)中，而且還可以方便其運輸。容易理解，加強板6可優(yōu)選由鋼制成。
[0026]在該實施例中，固定單元3包括穿過第一壓板2和第二壓板6的多個第一緊固件31。多個第一緊固件31通常成矩陣式分布，例如矩形矩陣、圓形矩陣等。另外，固定單元3還包括第二緊固件32。第二緊固件32即可以把第一緊固件31與第一壓板2牢固地固定在一起，又可以把第一緊固件31與第二壓板6牢固地固定在一起。因此，第一壓板2和第二壓板6能夠被固定單元3牢固固定。另外，多個第一緊固件31的分布形式應該充分考慮與串狀結構之間的距離，保證留有足夠的間隙以適應高壓、大電流的電氣設計要求。
[0027]第一緊固件31和第二緊固件32例如分別選擇為螺桿和螺母。為了便于第二緊固件32 (即螺母)安裝，可在第一緊固件31與第一壓板2之間的配合處設有定位件21，其優(yōu)選為鍵。定位件21可以有效地阻止第一緊固件31與第一壓板2發(fā)生相對轉動，由此便于第二緊固件32的安裝。在一個實施例中，第一緊固件31可構造有供流體流通的流道(未示出)。當流道內(nèi)部通入冷卻液時，可以有效地帶走由半導體承載單元I散出的熱量，從而利于半導體承載單元I更好、更穩(wěn)定的工作。
[0028]如圖2所示，根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置100還包括頂壓單元4。頂壓單元4包括設在第一壓板2和/或第二壓板6上的移動件41。移動件41大致構造成“T”型，其小頭端411用于穿過第二壓板6，而大頭端412用于間接地連接半導體承載單元I。在移動件41上，第二壓板6與移動件41的大頭端412之間可設有彈性件46。彈性件46可選為彈簧，尤其為蝶形彈簧。移動件41的小頭端411處構造有沿軸向向內(nèi)凹陷的空腔413，并在空腔413的底端上設有沿軸向穿出大頭端412的頂壓件43。頂壓件43通過螺紋與移動件41相連接，使得其可以在旋轉后頂壓絕緣件11。
[0029]在頂壓件43的螺紋端431與絕緣件11之間設有平衡塊44。平衡塊44能夠把來自于頂壓件43壓力平衡地傳遞給半導體承載單元I。為了提高平衡塊44的平衡能力，頂壓件43的螺紋端431構成球形面，而平衡塊44的中心處構造成能夠匹配式容納球形面的球形坑。然而，頂壓件43應該選用機械特性較好的材料(例如45鋼、40Cr等)并進行適當?shù)臒崽幚肀ＷC球面具有足夠的硬度以抵抗壓裝過程中摩擦。通過大量實驗驗證，當平衡塊44的圓錐部441的錐角構成90度時，所述平衡塊44的平衡效果最佳。
[0030]為了更好地控制平板式功率半導體器件13所需的壓裝力，移動件41的小頭端411上可設有壓力標識機構。壓力標識機構能夠標示移動件41的小頭端411的穿出量，由此便可有效地控制由頂壓單元4施壓在半導體承載單元I上的壓力大小。在一個實施例中，壓力標識機構包括設在移動件41的小頭端411上的沿其軸向分布的標尺,通過標示可以知道頂壓在半導體承載單元I上的壓力大小。在另一個實施例中，壓力標識機構包括設在移動件41的小頭端411的固定位置的軸向槽414，以及用于卡入到軸向槽414內(nèi)的卡接件42，其在圖2和3中能夠清晰地示出。這種卡接方式的安裝簡單快速且可靠度高，最重要是其能夠充分標示出由頂壓單元4施壓在半導體承載單元I上的壓力大小。
[0031]在該實施例中，固定單元33由4個第一緊固件31組成。4個第一緊固件31成矩形矩陣式分布，即其分別設在矩形的邊角處。而第二緊固件32優(yōu)選與第一緊固件31通過螺紋連接，也就是通過16個第二緊固件32把第二緊固件32分別固定于第一壓板2和第二壓板6上。通過大量計算和實驗驗證，當優(yōu)選的3個半導體承載單元I呈“品”分布時，半導體器件13的工作效率最高。但是，3個半導體承載單元I必須得分別設在3條相鄰的由4個第一緊固件31構成矩形的邊上。
[0032]以下介紹根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置100的安裝操作。首先，組裝半導體承載單元I。把半導體器件13和散熱器12相互疊加并成串，之后在串的兩端連接絕緣件11。其次，由半導體承載單元I的總長確定第一壓板2與第二壓板6之間的間隔距離，然后通過固定單元33把其牢固固定，并在確保間隔距離的情況下使其彼此平行。再次，再把多個半導體承載單元I分別安放到第一壓板2與第二壓板6之間，通過頂壓單元4使其牢固固定。其中，頂壓單元4是通過旋轉頂壓件43來頂壓平衡塊44，之后在平衡塊44的傳遞作用頂壓半導體承載單元I。與此同時，移動件41會克服彈性件46的作用力而沿垂直于第二壓板6的方向穿出小頭端411。當卡接件4恰好能夠卡住穿過第二壓板6的移動件41的小頭端411時，這就證明了整套安裝完成，即把半導體器件13以所需的壓裝力安裝在該壓裝裝置100中。
[0033]根據(jù)本發(fā)明的用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置100，其不但可以有效地保證平板式功率半導體器件所需的壓裝力，而且還可以降低產(chǎn)生的雜散電感，從而利于平板式功率半導體器件更好的工作。另外，該壓裝裝置100相對于傳統(tǒng)上使用的壓裝裝置具有更好的散熱功能和平衡地施壓平板式功率半導體器件的功能。此外，多個半導體承載單元I可以單獨拆裝的特性，利于使用損壞后的更換。
[0034]根據(jù)本發(fā)明的于平板式功率半導體器件的壓裝裝置100的結構簡單、加工方便，安裝容易，使用安全可靠，便于實施推廣應用。
[0035]雖然已經(jīng)參考優(yōu)選實施例對本發(fā)明進行了描述，但在不脫離本發(fā)明的范圍的情況下，可以對其進行各種改進并且可以用等效物替換其中的部件。尤其是，只要不存在結構沖突，各個實施例中所提到的各項技術特征均可以任意方式組合起來。本發(fā)明并不局限于文中公開的特定實施例，而是包括落入權利要求的范圍內(nèi)的所有技術方案。
【權利要求】
1.一種用于平板式功率半導體器件的壓裝裝置，包括: 多個平行并列分布的半導體承載單元，所述半導體承載單元包括與多個所述平板式功率半導體器件彼此疊加而形成串的多個散熱器，以及設在所述串的兩端的絕緣件， 設在所述半導體承載單元的兩端并通過固定單元來連接的第一和第二壓板， 設在所述第一或第二壓板上的頂壓單元，所述頂壓單元能夠把所述承載單元以所需的壓裝力頂壓在所述第一和第二壓板之間。
2.根據(jù)權利要求1所述的壓裝裝置，其特征在于，所述固定單元包括多個成矩陣分布的且均穿過所述第一和第二壓板的第一緊固件，以及用于把所述第一緊固件分別固定于所述第一和第二壓板上的第二緊固件。
3.根據(jù)權利要求2所述的壓裝裝置，其特征在于，在所述第一緊固件與第一或第二壓板之間的配合處設有用于阻止所述第一緊固件發(fā)生相對轉動的定位件。
4.根據(jù)權利要求3所述的壓裝裝置，其特征在于，所述第一緊固件具有通入冷卻液的流道。
5.根據(jù)權利要求4所述的壓裝裝置，其特征在于，所述第一和第二壓板的外側均固接有用于加強結構強度的加強板，所述加強板設有用于把所述壓裝裝置安裝到能夠安裝所述壓裝裝置的電路中的安裝部。
6.根據(jù)權利要求1到5中任一項所述的壓裝裝置，其特征在于，所述頂壓單元包括延伸穿過所述第一或第二壓板的移動件，以及設置在所述移動件和所述第一或第二壓板之間的彈性件，在所述移動件的內(nèi)部通過螺紋接合而與頂壓件相連的頂壓件， 其中，所述頂壓件能被促動而朝向所述絕緣件運動，并且導致所述移動件克服所述彈性件的作用力而沿相反方向運動。
7.根據(jù)權利要求6所述的壓裝裝置，其特征在于，在頂壓件的螺紋端設有用于頂壓所述絕緣件的平衡塊，所述平衡塊具有圓錐部，所述圓錐部的錐角等于90度。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的壓裝裝置，其特征在于，所述頂壓件的螺紋端設有球形面，而所述平衡塊的中心處設有用于匹配連接所述球形面的球形坑。
9.根據(jù)權利要求6到8中任一項所述的壓裝裝置，其特征在于，所述移動件的小頭端上設有用于標識由所述頂壓單元頂壓施壓在所述半導體承載單元上的壓力大小的壓力標識機構。
10.根據(jù)權利要求1到9中任一項所述的壓裝裝置，其特征在于，所述固定單元包括四個成矩形矩陣分布的所述第一緊固件和十六個用于把所述第一緊固件分別固定在第一和第二壓板上的第二緊固件，在所述第一和第二壓板之間設有三個呈“品”字分布的所述半導體承載單元。
【文檔編號】H01L23/32GK103633078SQ201310533831
【公開日】2014年3月12日 申請日期:2013年11月1日 優(yōu)先權日:2013年11月1日
【發(fā)明者】孫保濤, 李彥涌, 胡家喜, 楊進鋒, 劉海濤, 羅凌波, 劉少奇, 朱武, 馬振宇, 周偉軍, 羅劍波 申請人:南車株洲電力機車研究所有限公司