專利名稱：功率半導(dǎo)體組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種功率半導(dǎo)體組件，該組件至少帶有一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)，一個(gè)冷卻裝置，一個(gè)控制電路和一個(gè)卸載電路。
在功率電子高壓應(yīng)用領(lǐng)域，例如在高壓直流電輸送、靜態(tài)無功功率補(bǔ)償和高壓變轉(zhuǎn)速驅(qū)動(dòng)裝置中，常常見到許多帶有冷卻裝置的功率半導(dǎo)體、控制電路和卸載電路電串聯(lián)在一起，以達(dá)到足夠的耐壓強(qiáng)度。在此，由功率半導(dǎo)體及其所屬的冷卻裝置、控制電路和卸載電路所構(gòu)成組件被稱為可控硅工作臺(Thyristorplatz)。很多這樣的可控硅工作臺機(jī)械地組合在一個(gè)模塊里，其中模塊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須得滿足部件相互之間電絕緣的要求和機(jī)械方面的要求。
這樣一種模塊在期刊“電氣與電子工程師協(xié)會會報(bào)-電源設(shè)備與系統(tǒng)”1975年5/6月第三期第94卷1061至1071頁已經(jīng)被舉例說明。兩種用于低直流電壓和高直流電壓的結(jié)構(gòu)形式在西門子的“高壓直流電輸送”產(chǎn)品說明書，訂貨號E50001-U131-A35，印刷附注PA3942上也被示出。
本文前言部分所公開的內(nèi)容涉及一種高壓直流電輸送裝置，其單相整流器設(shè)置在一個(gè)油容器內(nèi)。這個(gè)油容器是露天安放的。每個(gè)整流器由多至2個(gè)功率半導(dǎo)體模塊所組成。在這些出版物中用圖表說明了卸載電路、控制電路的電原理圖和油容器結(jié)構(gòu)。在所提及的這些出版物中，裝滿油的容器承擔(dān)著這樣的任務(wù)，即可控硅工作臺對模塊和所有整流器的機(jī)械結(jié)構(gòu)的電絕緣，以及屏蔽所有部件，使它們不受環(huán)境影響。
1987年10月17日至22日在中國北京由電氣與電子工程師協(xié)會和中國電子工程師協(xié)會合辦的高壓傳輸系統(tǒng)會議的會議文件“用于中國第一套高壓直流電傳輸系統(tǒng)的現(xiàn)代化可控硅整流器”的第520至528頁介紹了一種高壓直流輸電裝置，它采用了水冷的整流器，并且被掛裝在房屋內(nèi)。在這份會議文件中描述了模塊單元的結(jié)構(gòu)。除此之外還介紹了功率半導(dǎo)體的控制電路和控制脈沖光傳輸?shù)妮斎腚娐贰?br> 在西門子“前置串聯(lián)補(bǔ)償”說明書中介紹了功率半導(dǎo)體模塊裝置的另一種實(shí)施形式，其中所述模塊用于電容器的連接，并與電容器和串聯(lián)補(bǔ)償裝置的扼流圈一起安置在一個(gè)特殊容器的絕緣平臺上。
在上述的整流器設(shè)備的實(shí)施形式中，可控硅工作臺電絕緣的技術(shù)問題，特別是當(dāng)為了達(dá)到高耐壓強(qiáng)度將多個(gè)可控硅工作臺以電的方式串聯(lián)起來的時(shí)候，以及其它一些為防止環(huán)境影響而采取的保護(hù)措施的技術(shù)問題是通過這樣一些方法來解決的，即將整個(gè)整流器安置在支架上并安放在一個(gè)與空氣隔絕的特殊房屋內(nèi)，或容器或柜體內(nèi)，或是安放在一個(gè)充滿絕緣液體或空氣的容器內(nèi)。這些解決方法都有這樣的缺陷，即對于小功率的整流器也需要相對昂貴的、通常需要煩瑣的批準(zhǔn)程序的房屋，以及為了替換一個(gè)有缺陷的部件必須得打開充滿絕緣液體或空氣的容器，這需要很高的人員費(fèi)用。
本發(fā)明的目的在于，對本文開頭所述形式的可控硅工作臺進(jìn)行進(jìn)一步的改造，使得上述缺陷不需很大費(fèi)用就可以被解決。
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，即構(gòu)成可控硅工作臺的這些組件與絕緣介質(zhì)一起被澆鑄成一個(gè)實(shí)心塊，功率半導(dǎo)體、控制電路和冷卻裝置的連接端從此實(shí)心塊中伸出。
按照本發(fā)明通過對上述的可控硅工作臺進(jìn)行進(jìn)一步的改造，對于功率半導(dǎo)體組件就出現(xiàn)了這種可能性，這些組件塊就象高壓電容性蓄電池那樣安放在露天支架上并錯(cuò)接，或者在電容器連接時(shí)直接將這些組件塊分配給各個(gè)電容性蓄電池。由此省去了房屋、容器、柜體或箱體。當(dāng)一個(gè)組件塊的某一部件出現(xiàn)缺陷時(shí)就將該組件塊換掉。
按照本發(fā)明的解決辦法特別在直接采用光激功率半導(dǎo)體作為功率半導(dǎo)體時(shí)具有優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)榇藭r(shí)省略了帶有許多電子元件的控制電路。由此一方面降低了故隙幾率，另一方面使組件變得更加緊湊。
按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體組件的另一優(yōu)點(diǎn)在于，可以取消對于當(dāng)今的空氣絕緣結(jié)構(gòu)所必需的專門的空氣凈化附件。絕緣的澆注材料使功率半導(dǎo)體組件的部件與外部環(huán)境隔離開來，由此避免部件的污染，而部件污染是產(chǎn)生電暈現(xiàn)象或局部放電和電火花放電的原因。
對本發(fā)明的進(jìn)一步的解釋將借助附圖所示實(shí)施例來進(jìn)行，附圖中

圖1為按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體組件的簡圖；圖2為功率半導(dǎo)體整流器組件的簡圖。
圖1所示的功率半導(dǎo)體組件2包含至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)4，例如一個(gè)可控硅，為該可控硅配置一個(gè)控制電路6，也稱作可控硅電路，一個(gè)冷卻裝置8和一個(gè)卸載電路10。可控硅電路6對應(yīng)于前面提到的會議文件所介紹的可控硅電路。卸載電路10或者對應(yīng)于由會議文獻(xiàn)所介紹的卸載電路，或者對應(yīng)于前面提到的“電氣與電子工程師協(xié)會電源設(shè)備與系統(tǒng)論文集”中所介紹的卸載電路。冷卻裝置8例如可以由至少一個(gè)冷卻盒，一個(gè)夾緊裝置和多個(gè)冷卻劑管所組成。這些功率半導(dǎo)體組件2的部件4，6，8和10相互間通過電的和機(jī)械的方法連在一起。這些部件間的連接通過絕緣介質(zhì)12被澆注成一個(gè)實(shí)心塊14。由該澆鑄塊14伸出下列接頭電流接線柱16，18，控制接線柱20，22和冷卻劑接頭24，26。功率半導(dǎo)體組件2的部件4，6，8和10通過澆注材料與外部環(huán)境隔離，使部件4，6，8和10不再暴露在外部環(huán)境中。作為絕緣介質(zhì)12例如可以采用塑料，其中環(huán)氧樹脂可以給實(shí)心塊體帶來所必需的剛性。
也經(jīng)常被稱作可控硅工作臺的多個(gè)圖1所示的功率半導(dǎo)體組件2，被組裝在一起構(gòu)成如圖2所示的功率半導(dǎo)體整流器組件28。這種功率半導(dǎo)體整流器組件28也被稱作整流器。這種整流器段28除了多個(gè)可控硅工作臺2外還有一飽和整流扼流管30和一電容32?？煽毓韫ぷ髋_2和飽和整流扼流管30是串聯(lián)的，在此串聯(lián)電路上并聯(lián)電容32。至少一個(gè)這樣的整流器組件28被應(yīng)用于多脈沖整流器的整流管上。
按照本發(fā)明所述結(jié)構(gòu)的功率半導(dǎo)體組件2能夠插在露天支架上且相互間按照整流器電路圖連接起來。因而這種整流器的結(jié)構(gòu)與一個(gè)電容性蓄電池的結(jié)構(gòu)相似，該電容性蓄電池的電容都插在露天支架上?，F(xiàn)在就可以放棄一個(gè)專門的房屋或整流器室，或是一個(gè)箱體，這一點(diǎn)對于小功率整流器而言特別價(jià)廉物美。
當(dāng)采用一個(gè)直接光激功率半導(dǎo)體來代替功率半導(dǎo)體開關(guān)4時(shí)，就可以取消帶有許多電器元件的可控硅電路6。由此使得組件2變得更加緊湊和價(jià)廉物美。
按照本發(fā)明的功率半導(dǎo)體組件2也可應(yīng)用于由多個(gè)電容器組成的高壓電容性蓄電池中。電容器被安裝在一露天支架上。每個(gè)電容器可以與一功率半導(dǎo)體組件2并聯(lián)和/或與多個(gè)電容器串聯(lián)在一起。這些功率半導(dǎo)體組件2同樣安裝在露天支架上。由此獲得一緊湊的可變的高壓電容性蓄電池。當(dāng)需要一個(gè)緊湊的可變的扼流裝置時(shí)，也可以用扼流器件組來代替電容器與功率半導(dǎo)體組件2聯(lián)結(jié)在一起。由于組件2可以被安裝在露天支架上，因而高壓電容性蓄電池以及扼流裝置可具有緊湊的結(jié)構(gòu)形式。
權(quán)利要求
1.一種功率半導(dǎo)體組件(2)，其帶有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān)，一個(gè)冷卻裝置(8)，一個(gè)控制電路(6)和一個(gè)卸載電路(10)，其中這些部件(4，6，8，10)用絕緣介質(zhì)(12)被澆注成一個(gè)實(shí)心塊(14)，功率半導(dǎo)體開關(guān)(4)、控制電路(6)、冷卻裝置(8)和卸載電路(10)的接頭(16，18，20，22，24，26)由此實(shí)心塊伸出。
2.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體組件(2)，其中采用塑料作為絕緣介質(zhì)(12)。
3.按照權(quán)利要求2所述的功率半導(dǎo)體組件(2)，其中所采用的塑料為環(huán)氧樹脂。
4.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體組件(2)，其中所述冷卻裝置(8)包括至少一個(gè)冷卻盒，一個(gè)夾緊裝置和一套冷卻介質(zhì)管道。
5.一種帶有至少一個(gè)如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體組件(2)和一個(gè)串聯(lián)在一起的非線性整流扼流管(30)的功率半導(dǎo)體整流器組件(28)，其中該串聯(lián)電路與一電容器(32)并聯(lián)在一起。
6.一種功率半導(dǎo)體模塊，其特征在于至少兩個(gè)串聯(lián)在一起的如權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體組件(2)。
7.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體組件(2)，其中功率半導(dǎo)體開關(guān)(4)是可電激的。
8.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體組件(2)，其中功率半導(dǎo)體開關(guān)(4)是可光激的。
9.按照權(quán)利要求1所述的功率半導(dǎo)體組件(2)，其中功率半導(dǎo)體開關(guān)(4)是可斷開的功率半導(dǎo)體開關(guān)。
全文摘要
一種功率半導(dǎo)體組件(2),其帶有至少一個(gè)功率半導(dǎo)體開關(guān),一個(gè)冷卻裝置(8),一個(gè)控制電路(6)和一個(gè)卸載電路(10),按照本發(fā)明這些部件(4,6,8,10)用絕緣介質(zhì)(12)被澆注成一個(gè)實(shí)心塊(14),功率半導(dǎo)體開關(guān)(4)、控制電路(6)、冷卻裝置(8)和卸載電路(10)的接頭(16,18,20,22,24,26)由此實(shí)心塊中伸出。由此得到一個(gè)可安置在露天支架上的,且與外部環(huán)境相隔絕的,結(jié)構(gòu)緊湊的功率半導(dǎo)體組件(2)。
文檔編號H01L25/16GK1189931SQ96195287
公開日1998年8月5日 申請日期1996年7月8日 優(yōu)先權(quán)日1995年7月17日
發(fā)明者漢斯－彼得·利普斯 申請人:西門子公司