CN101355072A - 门极换流晶闸管 - Google Patents

Abstract

一种门极换流晶闸管，包括阳极端(103)、阴极端(101)、所述阳极端(103)和阴极端(101)之间的管壳(105)以及由所述管壳(105)外壁引出的门极引线(111)；所述门极引线(111)具有与印刷电路板连接的安装面(112)；其特征在于，还包括由所述管壳(105)外壁引出的且与所述阴极端(101)电连接的阴极引线(109)；所述阴极引线(109)具有与印刷电路板连接的安装面(110)；且在所述门极换流晶闸管安装于印刷电路板上时，所述阴极引线(109)的安装面(110)与所述门极引线(111)的安装面(112)位于印刷电路板的同侧。本发明的门极换流晶闸管易于与印刷电路板组装，且使得门控晶闸管与印刷电路板组成的器件易于维护。

Description

门极换流晶闸管

技术领域

本发明涉及电力半导体技术领域，特别涉及一种门极换流晶闸管。

背景技术

集成门极换流晶闸管(Intergrated Gate Commutated Thyristors，IGCT)是一种用于电力电子装置中的全控型电力半导体器件。它是由门极换流晶闸管(GCT，也称为门控晶闸管)与门极控制单元一体化连接构成的器件。通常情况下，门极控制单元位于印刷电路板上，GCT通过印刷电路板上的接口电路与门极控制单元实现连接。

在公开号为CN1292150A的中国专利申请文件中，公开了一种低电感控制的门控晶闸管。图1为所述的中国专利申请文件所公开的门控晶闸管的其中一个实施例的横截面图。

请参考图1，该门控晶闸管包括外壳30以及设置于外壳30中的半导体衬底31，半导体衬底31置于两个钼圆片32之间。在所述外壳30中还设置有一个阳极33、一个阴极34和一个环形门极引线35，该门极引线35突出于所述外壳30。其中，环形辅助阴极引线36用来接通一个辅助阴极，该辅助引线36突出于外壳30。

为了将图1所示的门控晶闸管与图2所示的印刷电路板1上的控制电路连接，在印刷电路板上设置有安装孔，该安装孔可以由两个半圆形槽10’组成，在该半圆形槽10’周围的电路板1的表面设置有金属化的接触面11(接触电极)和定位孔13。连接时，晶闸管3插入所述的安装孔中，使门极引线35与辅助阴极引线36分别与所述安装孔边缘两侧的印刷电路板1上的接触面连接，从而使得门控晶闸管与印刷电路板1上的控制电路(例如门极控制单元)2连接。

由于门控晶闸管的门极引线35与辅助阴极引线的尺寸大于印刷电路板1的安装孔10的内直径，门控晶闸管需要通过旋转方式旋入所述安装孔，或者将门控晶闸管安装后，再将所述两个半圆形槽10’对接；这使得上述门控晶闸管与印刷电路板的组装较为复杂，且不易维护。在组装或拆卸时也容易损坏门控晶闸管的门极引线和/或辅助阴极引线。

发明内容

本发明提供一种门极换流晶闸管，本发明的门极换流晶闸管易于与印刷电路板组装，且使得门控晶闸管与印刷电路板组成的器件易于维护，在组装或拆卸时也不易损坏门控晶闸管的门极引线和/或辅助阴极引线。

本发明提供的一种门极换流晶闸管，包括阳极端、阴极端、所述阳极端和阴极端之间的管壳以及由所述管壳外壁引出的门极引线；所述门极引线具有与印刷电路板连接的安装面；其中，还包括由所述管壳外壁引出的且与所述阴极端电连接的阴极引线；所述阴极引线具有与印刷电路板连接的安装面；且在所述门极换流晶闸管安装于印刷电路板上时，所述阴极引线的安装面与所述门极引线的安装面位于印刷电路板的同侧。

可选的，所述阴极引线具有与所述门极引线的安装面共面的安装面。

可选的，还包括位于所述管壳侧壁的靠近阳极端的端部、且伸出所述管壳侧壁的焊接裙边；

所述阴极引线与所述门极引线的端部未伸出所述焊接裙边最外侧之外。

可选的，所述管壳呈圆筒形；

所述门极引线沿垂直于管壳外壁的方向引出，并向外延伸；

所述阴极引线由所述管壳外壁引出后向接近所述门极引线的安装面所在平面的方向弯折，并在与所述门极引线的安装面所在平面交界处向远离所述管壳方向弯折。

可选的，所述管壳呈圆筒形；

所述阴极引线沿垂直于管壳外壁的方向引出，并向外延伸；

所述门极引线由所述管壳外壁引出后向接近所述阴极引线的安装面所在平面的方向弯折，并在与所述阴极引线的安装面所在平面交界处向远离所述管壳方向弯折。

可选的，所述门极引线和阴极引线由所述管壳外壁引出后相向弯折，并在所述门极引线和阴极引线与管壳外壁交界之间的任意位置向远离所述管壳的方向弯折。

可选的，所述门极引线的安装面和阴极引线的安装面呈半圆环形对称分布于所述管壳外壁。

可选的，所述门极引线的安装面和阴极引线的安装面在沿环绕管壳方向被分成复数个扇段和切口；

所述门极引线的扇段和阴极引线的扇段分别嵌入阴极引线和门极引线的切口中，形成交错排布；

相邻的门极引线的扇段和阴极引线的扇段之间未接触。

可选的，所述扇段的形状为矩形、梯形或扇形。

可选的，所述门极引线和阴极引线端部的轮廓线为多边形、圆形或椭圆形。

可选的，在所述门极引线的安装面和阴极引线的安装面上具有定位孔。

与现有技术相比，本发明上述技术方案的其中一个至少具有以下优点：

门极换流晶闸管阴极引线与门极引线在引出管壳之后，具有如下的分布：该分布使所述门极换流晶闸管安装于印刷电路板之后，所述门极引线的安装面与阴极引线的安装面位于印刷电路板的同侧；也即所述的安装面能够直接贴附于印刷电路板上的相应的接触电极上；以这种方式设计的阴极引线与门极引线可简化门极换流晶闸管与印刷电路板的安装步骤，并使后续的维护与拆卸更加容易。

上述技术方案的其中一个至少具有以下优点：

门极换流晶闸管的阴极引线与门极引线的端部可以不伸出焊接裙边最外侧之外；使该门极换流晶闸管在封装时能够兼容可冲入氮气保护的冷压焊管壳封装方案，使制造成本下降。

上述技术方案的其中一个至少具有以下优点：

门极换流晶闸管的阴极引线由管壳引出后，向门极引线的安装面方向弯折，使得阴极引线的安装面远离阴极端，这可使在所述门极换流晶闸管在安装于印刷电路板后，阴极端可突出所述印刷电路板所在表面之外，便于该阴极端端面与散热装置直接和充分接触，有利于散热，可提高半导体芯片工作的稳定性。

附图说明

图1为现有的一种门控晶闸管的横截面图示意图；

图2为现有的一种具有控制电路的用于安装图1所示的门控晶闸管的印刷电路板的俯视图；

图3和图4为本发明的门极换流晶闸管的第一实施例的轴侧图；

图5为本发明的门极换流晶闸管的第一实施例的剖面示意图；

图6为本发明的门极换流晶闸管的第二实施例的剖面示意图；

图7为本发明的门极换流晶闸管的第三实施例的剖面示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。

其次，本发明利用示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是实例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。

实施例一

图3和图4为本发明的门极换流晶闸管的第一实施例的轴侧图。图5为本发明的门极换流晶闸管的第一实施例的剖面示意图。

请参考图3、4和图5，门极换流晶闸管100包括阳极端103、阴极端101以及所述阳极端103和阴极端101之间的管壳105。门极换流晶闸管100还包括位于所述管壳105侧壁的靠近阳极端103的端部、且伸出所述管壳105侧壁的焊接裙边104；在所述阳极端103、阴极端101和管壳105之间具有半导体芯片113。

在本实施例中，所述的阳极端103和阴极端101分别位于所述半导体芯片113两个相对的端部，并与所述的半导体芯片113电连接。

所述阳极端103和阴极端101具有圆形端面，通过增大该端面的面积，可以提高散热能力。

所述管壳105呈圆筒形，环绕于所述半导体芯片113的侧壁。通过所述阳极端103、阴极端101以及管壳105将所述半导体芯片113密封。

所述管壳105为绝缘材料，例如可以是陶瓷材料。所述管壳105可以具有平滑或粗糙的表面；在其上也可以具有梳状凸起107。所述梳状凸起107可用于延长爬电距离，提高安全系数。

当然，所述的阳极端103、阴极端101、半导体芯片113以及管壳105并不限于上述的形状、分布和结构，其也可以是其它形式，这里不再一一描述。

在所述阳极端103和阴极端101之间的管壳105中引出有门极引线111和阴极引线109。所述门极引线111一端连接至半导体芯片113，另一端延伸出所述管壳105。所述门极引线111具有与印刷电路板连接的安装面112。该安装面112用于与印刷电路板上相应的接触电极相接触。

所述阴极引线109与所述阴极端101连接，该阴极端109也具有与印刷电路板连接的安装面110。该安装面110用于与印刷电路板上相应的接触电极相接触。

所述阴极引线109与所述门极引线111在引出所述管壳105之后，具有如下的分布：该分布使所述门极换流晶闸管100安装于印刷电路板之后，所述门极引线111的安装面112与阴极引线109的安装面110位于印刷电路板的同侧。也即所述安装面112与110能够直接贴附于印刷电路板上相应的接触电极上。以这种方式设计的阴极引线109与门极引线111可简化安装步骤，并使后续的维护与更换更加容易。

例如，在本实施例中，所述门极引线111沿垂直于管壳105的外壁的方向引出后，向外延伸。所述阴极引线109由所述的管壳105外壁引出后，向接近于所述门极引线111的安装面112所在平面方向的方向弯折，弯折角度小于或等于90度，并在与所述安装面112所在平面交界处向远离所述管壳105外壁的方向弯折。

所述门极引线111的安装面112和阴极引线109的安装面109在环绕管壳105的方向被分成复数个扇段和切口，如图3和图4所示。例如本实施例中扇段数为30个，当然还可以是其它数目。所述扇段可以均匀分布，也可以随机分布。所述扇段的形状可以是矩形、梯形或扇形。设计所述扇段形状以及分布时，要尽可能的增大如图5中所示的安装面112和109的面积，从而减小门极引线111与阴极引线109在与印刷电路板安装后的接触电阻，并减小接口处的分布电感。

请继续参考图3和图4，所述门极引线111的扇段和阴极引线109的扇段分别嵌入阴极引线109的切口和门极引线111的切口中，形成交错分布。当然，也可以一个切口中有多于一个的扇段，这里不再详述。但相邻的门极引线111的扇段和阴极引线109的扇段之间未接触，以防止门极引线111和阴极引线109短路。

本实施例中，所述的门极引线111的扇段和阴极引线109的扇段环绕在管壳105外壁周围，其端部的轮廓线可以为多边形、圆形或椭圆形。安装面112和110平面朝向基本相同，并基本处于一个平面之内，例如，朝向可以相同，安装面112与110共面，如图5所示。

当然，所述安装面112和110也容许在误差范围内或由于其它原因未处于同一平面，但应当满足在将门极换流晶闸管100安装于印刷电路板时，安装面112和110位于印刷电路板的同侧这一条件。

此外，所述阴极引线109与所述门极引线111的端部可以不伸出所述焊接裙边104最外侧之外；例如，本实施例中，所述端部未伸出所述梳状凸起107之外。这一设置可使该门极换流晶闸管在封装时能够兼容可冲入氮气保护的冷压焊管壳封装方案，使制造成本下降。冲入的氮气可保障半导体芯片113的可靠性。

此外，在所述门极引线111和/或阴极引线109的扇段上还可以具有定位孔114，请参考图3。所述定位孔114用于插入定位销，在该门极换流晶闸管100安装于印刷电路板时，使门极引线111和阴极引线109与相应的印刷电路板上的接触电极对准，可防止门极换流晶闸管的旋转造成错位，而使门极引线111和阴极引线109与接触电极反接而损坏。此外，该定位孔114中还可以插入固定销，在定位的同时，使得门极换流晶闸管100可固定于印刷电路板。

此外，所述门极引线111的安装面112和阴极引线109的安装面110也可呈半圆环形对称分布于所述管壳105外壁，所述阴极引线109与门极引线111之间有间隙。该设计可提高阴极引线109与门极引线111安装面112和110的面积，有利于减少接触电阻。此外，也使门极换流晶闸管100与印刷电路板的安装时对准精度降低，安装和维护更加容易。此外，相对于多个扇段的门极引线111和阴极引线109，该面积增大，可提高门极引线111和阴极引线109的强度，不宜损坏门极换流晶闸管100。

上述的实施例的门极换流晶闸管100，在阴极引线109由所述管壳105引出后，向门极引线111的安装面方向弯折，使得阴极引线109的安装面110远离阴极端，这可使在所述门极换流晶闸管100在安装于印刷电路板后，阴极端101可突出所述印刷电路板所在表面之外，便于该阴极端101端面与散热装置直接和充分接触，有利于散热，可提高半导体芯片113工作的稳定性。

当然，所述的阴极引线109和门极引线111由所述管壳105引出后的弯折形状可不限于实施例一所述的方式，还可以由其它方式，如下面的实施例二和实施例三所描述的那样。

实施例二

请参考图6，所述阴极引线109可沿垂直于管壳105外壁的方向引出，并向外延伸；

所述门极引线111由所述管壳105外壁引出后向接近所述阴极引线109的安装面110的方向弯折，并在与所述阴极引线109的安装面110所在平面交界处向远离所述管壳105方向弯折。

该实施例二的门极换流晶闸管的其它方面与实施例一相同，这里不再详细描述。

实施例三

请参考图7，所述门极引线111和阴极引线109由所述管壳105外壁引出后相向弯折，并在所述门极引线111与阴极引线109与管壳105外壁交界之间的任意位置向远离所述管壳195的方向弯折。

该实施例三的门极换流晶闸管的其它方面与实施例一相同，这里不再详细描述。

应当说明的是，上述的实施例中对一些细节的描述不应当成为对权利要求的范围的限制，本领域技术人员根据上述实施例的教导可做出适当的修改、删除、变更和替换。例如，所述的门极引线111和阴极引线109由所述管壳105引出后的形状可不限于上述实施例所述的方式，还可以有其它方式，只要引出后的形状能够满足在该门极换流晶闸管安装于印刷电路板上时，门极引线和阴极引线的安装面位于印刷电路板的同侧的方式均应包含在本发明的权利要求的保护范围之内。

本发明虽然以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以做出可能的变动和修改，因此本发明的保护范围应当以本发明权利要求所界定的范围为准。

Claims (11)

1、一种门极换流晶闸管，包括阳极端(103)、阴极端(101)、所述阳极端(103)和阴极端(101)之间的管壳(105)以及由所述管壳(105)外壁引出的门极引线(111)；所述门极引线(111)具有与印刷电路板连接的安装面(112)；其特征在于：

还包括由所述管壳(105)外壁引出的且与所述阴极端(101)电连接的阴极引线(109)；所述阴极引线(109)具有与印刷电路板连接的安装面(110)；且在所述门极换流晶闸管安装于印刷电路板上时，所述阴极引线(109)的安装面(110)与所述门极引线(111)的安装面(112)位于印刷电路板的同侧。

2、如权利要求1所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述阴极引线(109)具有与所述门极引线(111)的安装面(112)共面的安装面(110)。

3、如权利要求1或2所述的门极换流晶闸管，其特征在于：还包括位于所述管壳(105)侧壁的靠近阳极端(103)的端部、且伸出所述管壳(105)侧壁的焊接裙边(104)；

所述阴极引线(109)与所述门极引线(111)的端部未伸出所述焊接裙边(104)最外侧之外。

4、如权利要求1所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述管壳(105)呈圆筒形；

所述门极引线(111)沿垂直于管壳(105)外壁的方向引出，并向外延伸；

所述阴极引线(109)由所述管壳(105)外壁引出后向接近所述门极引线(111)的安装面(112)所在平面的方向弯折，并在与所述门极引线(111)的安装面(112)所在平面交界处向远离所述管壳(105)方向弯折。

5、如权利要求1所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述管壳(105)呈圆筒形；

所述阴极引线(109)沿垂直于管壳(105)外壁的方向引出，并向外延伸；

所述门极引线(111)由所述管壳(105)外壁引出后向接近所述阴极引线(109)的安装面(110)所在平面的方向弯折，并在与所述阴极引线(109)的安装面(110)所在平面交界处向远离所述管壳(105)方向弯折。

6、如权利要求1所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述门极引线(111)和阴极引线(109)由所述管壳(105)外壁引出后相向弯折，并在所述门极引线(111)和阴极引线(109)与管壳(105)外壁交界之间的任意位置向远离所述管壳(105)的方向弯折。

7、如权利要求4或5或6所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述门极引线(111)的安装面(112)和阴极引线(109)的安装面(110)呈半圆环形对称分布于所述管壳外壁。

8、如权利要求4或5或6所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述门极引线(111)的安装面(112)和阴极引线(109)的安装面(110)在沿环绕管壳(105)方向被分成复数个扇段和切口；

所述门极引线(111)的扇段和阴极引线(109)的扇段分别嵌入阴极引线(109)和门极引线(111)的切口中，形成交错排布；

相邻的门极引线(111)的扇段和阴极引线(109)的扇段之间未接触。

9、如权利要求8所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述扇段的形状为矩形、梯形或扇形。

10、如权利要求8所述的门极换流晶闸管，其特征在于：所述门极引线(111)和阴极引线(109)端部的轮廓线为多边形、圆形或椭圆形。

11、如权利要求8所述的门极换流晶闸管，其特征在于：在所述门极引线(111)的安装面(112)和阴极引线(109)的安装面(110)上具有定位孔。

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