一種壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極的制作方法
【專利摘要】一種壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極，該共用電極有上下兩處折彎部；下折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口；下折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽。上折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口；上折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽。本實(shí)用新型通過在共用電極的打彎處的兩側(cè)，加開4個(gè)缺口，并沖壓或銑削加工兩條凹槽，可使碎片率大大降低，而絕緣電壓的合格率達(dá)到98%至100%，從而使整個(gè)模塊生產(chǎn)的成品率大大提高。
【專利說明】一種壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極。

【背景技術(shù)】
[0002]電力半導(dǎo)體模塊有焊接式和壓接式兩大類，同時(shí)又各有絕緣型和非絕緣型兩種。圖1示出了普通的壓接式絕緣型模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。它是將電力半導(dǎo)體芯片(整流管、晶閘管、GRT、NOSFET, IGBT……等)通過模塊結(jié)構(gòu)件壓裝在模塊銅底板上，所有電極都從模塊上端引出，所有電極和銅底板之間用陶瓷片(Al203、AlN、Be0等)作導(dǎo)熱和電絕緣，模塊工作時(shí)，銅底板是不帶電的。各電極和銅底板之間的絕緣電壓VISO要達(dá)到2500V (A.C)以上，以保障人們的生命和財(cái)產(chǎn)安全。由于各芯片之間的連接已在模塊內(nèi)部完成，加之銅底板不帶電，這樣，整機(jī)(裝置)的設(shè)計(jì)者可以把多個(gè)模塊安裝在同一個(gè)散熱器上，把它們連接成各種電路，從而大大地簡(jiǎn)化了電路的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。加之模塊的外形尺寸和安裝尺寸的標(biāo)準(zhǔn)化，因而它與同容量的分立器件連接成的電路相比，具有外接線簡(jiǎn)單，結(jié)構(gòu)緊湊，體積小，重量輕，互換性好，安裝和維修方便等諸多優(yōu)點(diǎn)，它已成為分立器件的更新?lián)Q代產(chǎn)品，已被廣泛地應(yīng)用在機(jī)電行業(yè)的各個(gè)領(lǐng)域:如加熱控溫、電機(jī)調(diào)速、軟起動(dòng)、無功補(bǔ)償、變頻和逆變等諸多領(lǐng)域。
[0003]在壓接式絕緣型模塊的制造中，如圖1中的陶瓷片，它起著導(dǎo)熱和絕緣的雙重作用，它對(duì)降低模塊結(jié)殼熱阻，提高模塊的通態(tài)能力(電流)起著很大的作用，更是絕緣電壓要^ 2500伏(A.C)的關(guān)鍵。目前在壓接式絕緣型模塊的制造中普遍采用氮化鋁(AlN)陶瓷(也有BeO的，但有毒)。
[0004]陶瓷本身硬而脆，抗壓強(qiáng)度很高，但抗彎強(qiáng)度很低，經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明，0.4mm厚的薄片(Φ35)在15MP的壓力下，陶瓷片并未碎裂，然后測(cè)其絕緣電壓，竟能測(cè)到1KV (A-C)(此值為測(cè)量?jī)x器的上限值)。另一試驗(yàn)是:MTC500A模塊，通常裝配時(shí)的最高壓力為14 M P，但后來一直加大到30MP，裝完之后測(cè)其芯片性能良好，絕緣電壓也都> 2500伏(A.C)。當(dāng)然這些試驗(yàn)都是在各結(jié)構(gòu)件(包括共用電極)、芯片、陶瓷片、銅底板的平整度、粗糙度經(jīng)過嚴(yán)格檢查后進(jìn)行裝配的。上述兩個(gè)試驗(yàn)說明:在通常的裝配250A模塊時(shí)用10?12MP、500A模塊用12?14MP的壓力是不會(huì)把陶瓷片壓碎裂的。
[0005]目前一般的企業(yè)在裝配模塊時(shí)，陶瓷片的碎片率都在10%以上，有的甚至高達(dá)20%以上，亦即絕緣電壓的合格率只能達(dá)到90%?80%。
[0006]圖2示出了從圖1分解下來的底下部分的理想結(jié)構(gòu)，其中的陶瓷片起著導(dǎo)熱和絕緣的雙重作用，陶瓷片上、下各接觸面的平整度、平行度、粗糙度都很好，共用電極打彎也都為直角，在這些理想的條件下，模塊組裝過程中，在1MP以上的壓裝下，陶瓷片、芯片是不會(huì)受到損壞的。但這種理想結(jié)構(gòu)是很難實(shí)現(xiàn)的。其中最大的問題是共用電極的設(shè)計(jì)與加工，圖5示出了現(xiàn)有的雙晶閘管MTC250A模塊的共用電極設(shè)計(jì)圖，而實(shí)際加工出來的是變了形的圖3所示產(chǎn)品。它是經(jīng)過下料、退火、打彎整形工藝所形成的有缺陷的產(chǎn)品。其缺陷有二，一是打彎處有突出部，突出部尺寸d有0.1 mm — 0.3mm，且晶體結(jié)構(gòu)受損，硬度增大。二是如圖3中的B-B視圖所示，打彎處的擠出部，兩側(cè)被擠出0.2mm以上，硬而鋒利。這兩種缺陷當(dāng)中，第一種缺陷最壞。
[0007]圖4示出了第一種缺陷在模塊裝配中的影響示意圖。圖中的大圓圈內(nèi)顯示，共用電極的突出部與陶瓷片的接觸面很小，在壓裝過程中，很容易把陶瓷片壓碎，絕緣電壓上不去，絕緣電壓要大于和等于2500V (A.C)的合格率一般只能在90%左右，這直接影響到模塊的成品率，由于氮化鋁(AlN)和氧化鈹(BeO)昂貴，它的成本也會(huì)增加，再加上返工工時(shí)的增加，使生產(chǎn)效益和經(jīng)濟(jì)效益大大降低。
[0008]圖3中B-B視圖中的擠出部為第二缺陷，因?yàn)楣灿秒姌O是精準(zhǔn)地裝入模塊塑料底座上的，共用電極的擠出部將很難裝進(jìn)去，否則將塑料底座內(nèi)壁刮削而強(qiáng)壓下去，這過程將引起共用電極變形，也影響生產(chǎn)效率。刮削下來的塑料碎末掉落在共用電極與陶瓷片的界面上，嚴(yán)重時(shí)在加壓時(shí)把陶瓷片壓碎。
[0009]綜上所述，壓接式絕緣型模塊，它的成品率除了要求高性能的芯片外，對(duì)結(jié)構(gòu)件的要求也很高，這其中對(duì)共用電極要求就更高，但很少被人們所重視，即使重視了，也沒有找到它的要害。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本實(shí)用新型的發(fā)明目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足而提供一種可有效降低碎片率的壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極。
[0011]本實(shí)用新型的技術(shù)方案是:該共用電極有上下兩處折彎部；下折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口 ；下折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽。
[0012]所述上折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口 ；上折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽。
[0013]所述缺口為半圓形。
[0014]所述凹槽為半圓槽或方槽。
[0015]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和效果:
[0016]I)本實(shí)用新型的最大優(yōu)點(diǎn)是設(shè)計(jì)和加工簡(jiǎn)單，在原有的整個(gè)模塊的生產(chǎn)過程中，只需對(duì)共用電極的設(shè)計(jì)和加工進(jìn)行改造，下料模具增開4個(gè)缺口，沖壓或銑削加工兩條凹槽即可。其它無需作任何改動(dòng)。
[0017]2)本實(shí)用新型與現(xiàn)有技術(shù)相比，沒有了突出部和擠出部，與理想結(jié)構(gòu)圖2相同。
[0018]3)如圖8所示，由于共用電極的平整度和平行度都很高，與陶瓷片及芯片的接觸良好，所以在模塊壓裝力為10?14MP時(shí)，陶瓷片和芯片是不可能損壞的，正如前面所述過的兩個(gè)試驗(yàn)結(jié)果來看，安裝壓力還可以適當(dāng)加大，這對(duì)于降低芯片的通態(tài)電壓(壓降)，提高模塊的通態(tài)電流是有好處的。
[0019]4)由于上述原因，整個(gè)模塊的絕緣電壓(VISO)的合格率由原來的80% — 90%提高到98%以上，乃至100%，使整個(gè)模塊的成品率能提高5%以上。減少了陶瓷片的碎裂，降低了成本。減少了返工修復(fù)的工時(shí)，提高了生產(chǎn)效率。
[0020]5)由于測(cè)量絕緣電壓要達(dá)到2500伏(A.C)以上，由于陶瓷片的碎裂而達(dá)不到要求，往往人們?cè)跍y(cè)量時(shí)被電打，雖然測(cè)量設(shè)備有保護(hù)功能，即測(cè)量達(dá)不到2500伏(A.0時(shí)，儀器自動(dòng)斷開電源，但人們?cè)跍y(cè)量時(shí)還是緊張。絕緣電壓合格率上去了，也就克服了人們?cè)跍y(cè)量時(shí)的恐懼心理，保護(hù)了人們的身心健康，這就是提高了經(jīng)濟(jì)效益的同時(shí)，也提高了社會(huì)效益。
[0021]6)本實(shí)用新型只用雙晶閘管絕緣型MTC250A模塊為例作了較詳細(xì)的說明，其實(shí)涵蓋了所有的電流等級(jí)，也涵蓋了所有的電力半導(dǎo)體芯片(整流管、晶閘管、GTR、M0SFET、IGBT、IGCT……等)的壓接式絕緣型模塊的應(yīng)用。本實(shí)用新型也只對(duì)共用電極為例，它也可以是單一電極。
[0022]7、目前我國(guó)電力半導(dǎo)模塊的市場(chǎng)已經(jīng)形成相當(dāng)大的規(guī)模，僅整流管和晶閘管絕緣型壓接式模塊年產(chǎn)量就超過100萬塊以上，并以20%以上的速度增長(zhǎng)，所以本實(shí)用新型對(duì)降低成本，提高產(chǎn)品的成品率，提高產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性，可產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0023]圖1為普通的雙晶閘管壓接式絕緣型模塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意圖。
[0024]圖2為普通的雙晶閘管壓接式絕緣型模塊底下部分的理想結(jié)構(gòu)。
[0025]圖3為現(xiàn)有的共用電極的缺陷示意圖。
[0026]圖4為圖3的B-B剖視圖。
[0027]圖5為現(xiàn)有的共用電極的缺陷在裝配中的影響示意圖。
[0028]圖6為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0029]圖7為本實(shí)用新型的使用狀態(tài)示意圖。
[0030]圖8為本實(shí)用新型的折彎前結(jié)構(gòu)示意圖。
[0031]圖9為圖8的俯視圖。

【具體實(shí)施方式】
[0032]圖6、圖7中，該共用電極有兩處折彎部，上折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口 I ;上折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽2。下折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口 3 ;下折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽4。本實(shí)用新型通過在共用電極的打彎處的兩側(cè)，加開4個(gè)缺口，并沖壓或銑削加工兩條凹槽，可使碎片率大大降低，而絕緣電壓的合格率達(dá)到98%乃至100%，從而使整個(gè)模塊生產(chǎn)的成品率大大提高。本實(shí)用新型適用于所有的電力半導(dǎo)體芯片(整流管、晶閘管、GTR、M0SFET、IGBT, IGCT……等)組裝的壓接式絕緣型模塊。
[0033]圖8、圖9中，在壓接式絕緣型模塊中，將共用電極的打彎處兩側(cè)各加開兩個(gè)缺口，在兩個(gè)打彎處沖壓或銑削兩條凹槽。在經(jīng)過下料、退火和打彎整形之后，形成本實(shí)用新型。其中，缺口 1、缺口 I’、缺口 3、缺口 3’、為Rl的半圓缺口。凹槽4寬為2mm，槽深為0.5mm,凹槽可為半圓槽或方槽。
【權(quán)利要求】
1.一種壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極，該共用電極有上下兩處折彎部；其特征在于:下折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口 ；下折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極，其特征在于:所述上折彎部?jī)啥藢?duì)應(yīng)設(shè)有防止共用電極在折彎成型過程中形成擠出部的缺口 ；上折彎部的外壁設(shè)有連接兩端缺口、防止共用電極在折彎成型過程中形成突出部的凹槽。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極，其特征在于:所述缺口為半圓形。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的壓接式絕緣型電力半導(dǎo)體模塊的共用電極，其特征在于:所述凹槽為半圓槽或方槽。
【文檔編號(hào)】H01L23/48GK203983259SQ201420389278
【公開日】2014年12月3日 申請(qǐng)日期:2014年7月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月15日
【發(fā)明者】王耀先 申請(qǐng)人:襄陽硅海電子股份有限公司