CN101697347A - 片式晶闸管和片式晶体管及其应用技术 - Google Patents

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Abstract

本发明是在“断流开关”发明专利的基础上，依据无弧断流理论和半导体理论，采用新颖的电力电子技术研制的片式晶闸管和片式晶体管的半导体基片，并研究出一整套独特的应用技术。配套在接触器或断路器可实现无弧操作上，便可制成安全防爆的环保型电力开关。为半导体领域中的晶闸管和晶体管这两个大家族，各增加了一个派生的分支体系。为电力开关领域中的无电弧分合闸的高分断技术和安全防爆技术，以及消除操作过电压对电网严重污染的环保技术和消除电弧电波污染空间电磁场的环保技术，对显著提高供电质量和电力开关的使用寿命以及开关触头节约大量贵金属材料的技术，均提供了不断创新的技术条件。

Description

片式晶闸管和片式晶体管及其应用技术
1.技术领域
本发明是在“断流开关”发明专利(专利号：ZL01134456.3)的基础上，对其权利要求2中“如权利要求1所述的断流开关，其特征是所述的微型开关装置，是用晶闸管的芯片和微型控制电路装配的电子式断流器……”，根据无弧断流理论和半导体理论，应用新颖的电力电子技术，研制出片式晶闸管和片式晶体管，以及独特的应用技术——和电力开关并联配套可实现无弧操作。为半导体领域中的晶闸管和晶体管这两个大家族，各增加了一个派生的分支体系。为电力开关领域中的无电弧分合闸的高分断技术和安全防爆技术，以及消除操作过电压对电网严重污染的环保技术和消除电弧电波污染空间电磁场的环保技术，对显著提高供电质量和电力开关的使用寿命以及开关触头节约大量贵金属材料的技术，均提供了不断创新的技术条件。
2.背景技术
从20世纪50年代到现在，电力电子器件的发展经历了四个阶段：第一阶段是整流器时代，第二阶段是晶闸管时代，第三阶段是IGBT和MOSFET时代，第四阶段是POWER IC时代。这四个阶段的发展不是新一代器件取代旧一代器件，而是在每一个阶段，各类电力电子器件都有所新的发展。近些年来又出现了片式半导体器件，片式晶闸管和片式晶体管是在晶闸管和晶体管这两个大家族的基础上研制的一类新型的薄片式电力电子器件，也可称其为半导体基片。其体积和重量在同等容量的条件下，可减少数倍甚至十多倍，成本也能成倍减少；比起片式二极管和片式三极管，在电压等级和电流容量方面能提高一、两个数量级。但片式晶闸管和片式晶体管不能独立投入运行，需要和各类电力开关并联配套，由于其体积和重量的显著减少，可以安装在现有的标准配电柜中，不需要非标专用配电柜，可以节约较大的安装位置和安装成本。由于电力电子器件的耐压特性和过载能力都很差，特别是这种片式器件的热容量小、散热能力很差，只能在很短的时间内瞬间导通电流后，需要较长时间的间歇。例如每次通电时间不超过10毫秒，需要间歇1.5秒——3秒或更长的时间，间歇比达到150倍——300倍以上，不能产生热积累就不会造成热击穿。所以片式晶闸管和片式晶体管的应用技术比较独特，这是本发明需要特别强调的一项防止热击穿而损坏的应用技术。片式晶闸管和片式晶体管的显著优点是和电力开关并联配套运行不消耗电能，并可以无电弧的分、合电路。
现有的各种有触点的电力开关，在其分、合闸的操作过程中都会发生电弧，电弧可以产生操作过电压，是原供电系统的1——3倍，严重地污染了电力系统的电压波形和供电质量。这种过电压对该供电系统中的供、用电装置的绝缘寿命，造成了较大的危害；严重时可造成突发性的停电事故，事故状态下的供电中断会造成电能的大量浪费。另外，电弧可产生高次谐波的电磁发射，对空间电磁场造成了较大污染，干扰了无线电遥控信号和无线电通讯电波。还有一个方面，就是电弧在易燃易爆的化工场所，或煤矿井下容易引发爆炸事故。现有的各种有触点的电力开关，其分、合闸的固有动作时间本身都很短，从10多个毫秒到几十个毫秒；特别是动静触头的闭合瞬间和分离瞬间，其时间就更短了，在几个毫秒之内就能完成可靠地闭合或分离。将片式晶闸管或片式晶体管器件和电力开关装置巧妙的并联配套，充分发挥了晶闸管和晶体管无触点分合电路而不产生电弧的突出优点，以及电力开关运行时不耗电的显著优点。克服了晶闸管或晶体管运行时的消耗电能的缺点，以及电力开关分、合闸时形成电弧而产生操作过电压和高频电磁波的缺点。而且这种应用技术，也不会引起晶闸管和晶体管产生换相过电压的情况发生。其环境保护的功效，安全防爆的功效和节约电能的功效是显而易见的。
3.发明内容
3.1.片式晶闸管和片式晶体管的研制技术
3.1.1.片式晶闸管和片式晶体管的核心部件
(1).在各种类型晶闸管或晶体管的制造过程中，从单晶硅片经过一系列的工艺流程，先制成管芯后，再封装到管壳中，才能制出成品。在这里我们把未封装前的管芯，这种半成品称作为晶闸管芯片或晶体管芯片。
(2).将单晶硅片经过清洗、处理、扩散形成P1-N1-P2、抛光、氧化、光刻、再扩散形成P1-N1-P2-N2、合金形成阴极阳极和门极的欧姆接触(不用烧结到钼片上)、磨角、腐蚀、涂表面保护层和测特性等一系列的工艺流程后，制成了具备晶闸管特性的硅片。在这里我们把这种半成品的硅片称作为晶闸管硅片。上述的这种晶闸管芯片和晶闸管硅片，如果其后序工艺流程是按可焊接性工艺处理的，则称其为焊接型晶闸管芯片和焊接性晶闸管硅片；如果其后序工艺流程是按可压接型工艺处理的，则称其为压接型晶闸管芯片和压接型晶闸管硅片。我们可以用这两种半成品，晶闸管芯片或者晶闸管硅片来制造片式晶闸管；需要哪个类型的片式晶闸管，就采用那个类型的晶闸管芯片或者晶闸管硅片来制造该类型的片式晶闸管。
(3).同样，将单晶硅片经过一系列的工艺流程处理后，制成了具备GTR或IGBT或MOSFET等不同类型的晶体管特性的硅片。在这里我们把这种半成品的硅片称作为晶体管硅片。上述的这种晶体管芯片和晶体管硅片，如果其后序工艺流程是按可焊接型工艺处理的，则称其为焊接型晶体管芯片和焊接型晶体管硅片，如果其后序工艺流程是按可压接性工艺处理的，则称其为压接型晶体管芯片和压接型晶体管硅片。我们可以用这两种半成品，晶体管芯片或者晶体管硅片来制造片式晶体管；需要哪个类型的片式晶体管，就采用那个类型的晶体管芯片或者晶体管硅片来制造该类型的片式晶体管。其制作方法可以分为两种类型，对于焊接型的芯片和硅片，就得采用焊接技术制造；对于压接型的芯片或硅片，就得采用压接技术制造。
3.1.2.用晶闸管芯片或晶体管芯片研制片式晶闸管或片式晶体管的技术
3.1.2.1.用焊接型晶闸管芯片或晶体管芯片焊接片式晶闸管或片式晶体管的技术
(1).采用焊接的方法有两种，一种是一步焊接法，一种是分步焊接法。这里先介绍分两步的焊接法，然后再介绍一步焊接法。将焊接型晶闸管芯片的阴极和阳极或者焊接型晶体管芯片的源极和漏极(或发射极和集电极)的两个极面分别焊接在两块铜板的相互对应的焊接面位置上，两块铜板超过极面的延长部分可同时作为其阴极和阳极或者源极和漏极(或发射极和集电极)的引出接线端。在铜板的对应焊接芯片极面的位置处可以考虑是否预先压制出用作焊接的细槽花纹，可以吸附较多的融化焊料，以增强焊接效果。在对应阴极面的铜板上还要预留门极孔或栅极(或基极)孔，以便焊接引出控制极接线。现在分两步焊接。先将一块铜板放在下边，在其上面放置芯片，在芯片和铜板的对应位置之间的预制细槽花纹上，放入熔点较高的适量焊料。同时将用作控制极引线的耐高温的绝缘导线的线头，固定在芯片门极或栅极(或基极)的中心点，并放入适量的焊料。要注意其熔点温度必须低于该芯片原来制造时的焊接温度，约低几十度。将其工装固定好后放入焊接炉中，调节炉温达到焊料熔化并焊接牢固后取出。再将另一块铜板放在下边，将已焊上芯片的铜板翻过来，使其芯片对准下面铜板的预制细槽花纹上，放入另一种熔点较低的适量焊料，其熔点比上次的焊料约低几十度。再将其工装固定好后放入焊接炉中，调节炉温达到焊料熔化并焊接牢固后取出。关于门极或栅极(或基极)引线的焊接，既可以在第一步焊接阴极或源极(或发射极)的极面和铜板时，将门极或栅极(或基极)引线同时焊接引出，也可以在第二步焊接阴极或源极(或发射极)的极面和铜板时同时焊接。还可以在两步焊接之前或完成之后，将门极或栅极(或基极)引线焊接引出。何时操作方便，还能保证焊接质量，就在何时焊接门极或栅极(或基极)引线。另外，还要在两个铜板适当位置处，分别焊上一根绝缘导线，作为其检测信号和触发控制导线，注意上述操作，均不能使阴极、阳极和门极或者源极、漏极和栅极(或发射极、集电极和基极)出现短路点。最后将这三个极面之间的间隙清洁处理干净，并灌入单组份或双组份绝缘胶作为保护层封装待用。
(2).一步焊接法是在上下两块预制好的铜板之间放入芯片，并在铜板和芯片相对应的焊接面上预制的焊接细槽花纹处，上下焊接面均放入同一熔点的适量焊料。当然其熔点必须低于该芯片原来制造时的焊接温度，约低几十度。将其工装固定好后放入焊接炉中，按上述方法可一次性的焊接成功，最后再按上述方法灌入单组份或双组份绝缘胶封装待用。一步焊接法的关键是要精确掌握焊料的适量放入及其放入的准确位置。当然在一次焊接的同时，或者之前或之后也要将门极或栅极(或基极)的绝缘导线焊接引出，还有要在铜板上各焊一根绝缘导线，作为其检测信号和触发控制导线。
(3).多步焊接法的可行性是焊料的种类。要按其熔点分类，每种焊料的熔点必须相差几十度，有几种熔点的焊料，就有几步焊接法。这样在焊接炉中才能实现分步操作，每次降低炉温几十度，调整控制焊接质量。而且第一步焊接时用的焊料熔点还必须低于所用芯片原制作工艺的焊接温度约几十度。
(4).芯片并联方式焊接法，将几个相同参数的焊接型晶闸管芯片或晶体管芯片采用并联的方式，按照上述方法可以进行焊接。注意在铜板上对应的每个芯片的焊接位置可考虑是否预制焊接细槽花纹，而且在铜板上对应的每个芯片的门极或栅极(或基极)处也要预留门极孔或栅极(或基极)孔，以便在门极或栅极(或基极)焊接引出控制绝缘导线。当然在芯片的每个焊接处，都必须准确地放入适量的焊料，全部工装固定好后才能送入焊接炉。并联焊接法可以有效提高片式晶闸管或片式晶体管的电流容量。
将两个相同的普通晶闸管芯片或晶体管芯片反并联，或者将一个普通晶闸管芯片或晶体管芯片和一个普通整流管芯片反并联，按照上述的焊接可以分别制成一个双向片式晶闸管或双向片式晶体管和逆导片式晶闸管或逆导片式晶体管。当然也可以采用多个普通晶闸管芯片或晶体管芯片进行等数量的反并联，焊接成大容量的双向片式晶闸管或双向片式晶体管。同样可以用多个普通晶闸管芯片或晶体管芯片和等数量的普通整流管芯片，采用反并联方式，也能焊接成大容量的逆导片式晶闸管或逆导片式晶体管。上述并联焊接法，在选用相同参数的晶闸管芯片或晶体管芯片时，要注意芯片并联均流特性的要求，尽量做到相关参数的一致性。
(5).芯片串联方式焊接法。将几个相同参数的芯片采用串联的方式，按照上述焊接方法可以进行焊接。所不同的是，除了两头端部都有接线铜板外，在每两个芯片之间需加入一个与芯片极面相同的铜板。该铜板的厚度约2毫米左右，比焊接门极或栅极(或基极)用的耐高温绝缘导线外径稍粗一点。在该铜板对应门极或栅极(或基极)位置要预留门极孔或栅极(或基极)孔，并从此孔向侧边开通一个能使门极或栅极(或基极)绝缘导线引出的通道。其焊接可采用一步焊接法或两步焊接法。采取一步焊接法时，先把每个芯片的门极或栅极(或基极)焊上绝缘导线，从门极孔或栅极(或基极)孔的通道把绝缘导线引出后，将上下两头端部铜接线板和中间每两个芯片之间的铜板，所有对应芯片极面的焊接位置均要上下对准，并在每个焊面处准确放入适量焊料，然后再工装固定好后，才能送入焊接炉完成一步焊接。采用两步焊接容易操作，先把每个芯片的阳极或漏极(或集电极)与铜板进行第一次焊接后，再把该芯片的门极或栅极(或基极)用绝缘导线焊接引出，并将其间隙清洁处理干净，最后将第一次焊接好的铜板的芯片阴极或源极(或发射极)对准另一个铜板的焊接位置，并从门极孔的通道中引出绝缘导线，同时准确放入适量焊料，再工装固定好后送入焊接炉进行第二次焊接即可。当然第二次焊接的熔点要比第一次用的焊接熔点低几十度。晶闸管芯片或晶体管芯片串联焊接法所采用的门极或栅极(或基极)绝缘导线必须是耐高温的绝缘导线，经过进炉焊接时的高温处理后，其绝缘性能不受影响，而且门极或栅极(或基极)焊接绝缘导线的焊点也不能脱焊。当然在一步焊接或两步焊接时，也可将绝缘引线的铜线头同时固定在门极或栅极(或基极)的中心点位置，并加入适当焊料，与阴极面或源极面的焊接同步完成。
3.1.2.2.用压接型晶闸管芯片或压接型晶体管芯片压接片式晶闸管或片式晶体管的技术
(1).采用压接的方法，用两个铜接线板作为芯片两个面的极板，将压接型晶闸管芯片或压接型晶体管芯片夹在中间，在阳极面或漏极面的铜板外侧需垫上一块绝缘板，在绝缘板外侧对应芯片的位置处放一个合适的蝶簧，再在其外侧加上一块有一定强度的薄钢板，在阴极面或源极(或发射极)面的铜板外侧也需垫上一块同样的钢板。在两块钢板对应芯片周围四边的外角处预留螺丝孔，用四个螺丝采取绝缘的措施穿孔联接压紧。当然在阴极面侧的铜板和钢板的对应芯片门极或栅极(或基极)的位置要预留门极孔或栅极(或基极)孔，以便门极或栅极(或基极)的引线引出。需要时，也可以考虑在芯片和铜板之间加入相应的软质金属薄片，如铝或银或其它软金属的薄片，以增强表面接触良好，当然该薄片的面积要和芯片的大小一致，也得预留门极孔或栅极(或基极)孔。注意，门极、阴极和阳极或栅极、源极和漏极(或基极、发射极和集电极)均不能短路，而且紧固螺丝的压力大小一定要合适，与制造同等晶闸管模块或同等晶体管模块的紧固力相同，既要保证其压力能使铜板和芯片平面均能接触良好，又不能将芯片压坏。接下来在紧固好的两个铜板的适当位置上，分别焊上一根绝缘导线，作为检测信号和触发控制导线。同时在芯片的门极或栅极(或基极)处，将绝缘导线焊接引出。也可在压接前或压接后将门极或栅极(或基极)用键合机焊接绝缘导线引出，最后将阴极、阳极和门极之间或源极、漏极和栅极(或发射极、集电极和基极)之间的间隙清洁处理干净，注意不能短路，并灌入单组份或双组份绝缘胶作为保护层封装待用。另外，在压接工艺过程中，如果绝缘板和铜板的压接强度能能够满足压接要求，而且碟簧片上有螺丝穿孔，可以考虑是否不用薄钢板。
(2).采用两个可压接型晶闸管芯片或晶体管芯片并联或反并联压接时，在每个芯片外侧对应的绝缘板和钢板之间的位置上，放置一个合适的蝶形弹簧，还需要在两个芯片的中间位置的两边适当的位置处，增加两个紧固螺丝，以保证每个芯片的平面均能受力均匀。同样如果用多个芯片并联或反并联压接时，需增相应数量的紧固螺丝。采用多个晶闸管芯片或晶体管芯片并联压接可以有效地增大电流容量，在选择多个并联芯片时，要考虑到尽量做到并联均流时对各芯片有关参数的一致性要求。进行压接时，在每个芯片阴极面或源极面外侧对应的绝缘板和铜板之间的位置上，要放置一个蝶形弹簧，以保证每个芯片的平面能受力均匀。最后将所有的阴极、阳极和门极之间或源极、漏极和栅极(或发射极、集电极和基极)之间的间隙清洁处理干净，注意不能短路，并灌入单组份或双组份绝缘胶作为保护层封装待用。注意在绝缘板和钢板之间的蝶簧处不能灌入绝缘胶。当然在门极或栅极(或基极)上，也要用键合机焊接绝缘导线引出；在两个铜板的适当位置，也要分别焊上一根绝缘导线。
(3).为了提高片式晶闸管的电压等级，可采用两个或多个相同参数的晶闸管芯片或晶体管芯片串联压接。选择芯片时，要求串联均压的有关参数的一致性要好。压接时在两个芯片之间要增加一块与芯片两个极面大小一致的铜板，铜板的厚度约2毫米左右，比门极或栅极(或基极)的引出绝缘导线略粗一点。在铜板对应芯片门极或栅极(或基极)的位置预留门极孔或栅极(或基极)孔，并从该孔到铜板的一个侧面开通一道槽，以便压接前将门极或栅极(或基极)用绝缘导线键合引出。需要时也可以是否在铜板和每个芯片的极面之间加入相应的软质金属薄片，以增强表面接触良好。最后将所有的阴极、阳极和门极之间或源极、漏极和栅极(或发射极、集电极和基极)之间的间隙清洁处理干净，注意不能短路，并灌入单组份或双组份绝缘胶作为保护层封装待用。注意，在绝缘板和钢板之间的蝶簧处不能灌入绝缘胶。当然，也要在每个铜板的适当位置分别焊上一根绝缘导线。
(4).也可以采用已经焊接好的两个或多个相同参数的片式晶闸管或片式晶体管，按上述方法进行串联压接，以提高其电压等级。对于采用串联方式制造的片式晶闸管，在装配使用过程中，按照需要可考虑增加相应的均压措施。
3.1.3.用晶闸管硅片或晶体管硅片研制片式晶闸管或片式晶体管的技术
3.1.3.1.用焊接型晶闸管硅片或焊接型晶体管硅片焊接片式晶闸管或片式晶体管的技术
焊接的具体方法基本和用焊接型晶闸管芯片或焊接型晶体管芯片的焊接方法相同。如果考虑硅片太薄，焊接操作困难，可在两块铜板的焊接面上预制突出一定高度的凸面，且该凸面的平面要和三个极面的大小完全相同，并可考虑是否在凸面上压制细槽花纹，以便吸附较多焊液，增强焊接效果。其他操作程序以及并联方式和串联方式的焊接方法均同前所述。注意三个极面之间均不能短路。
3.1.3.2.用压接型晶闸管硅片或压接型晶体管硅片压接片式晶闸管或片式晶体管的技术
用压接型晶闸管硅片或压接型晶体管硅片进行压接，其压接的具体方法基本和用压接型晶体管芯片或压接型晶体管芯片的压接方法相同。如果考虑硅片太薄，压接操作困难，可在三个极的极面上，增加和极面面积相同的薄铜片或薄银片或薄铝片。如果需要时，也可在极面上加入薄钼片。门极或栅极(或基极)需要用键合机将绝缘导线焊接引出。其它操作程序以及并联方式和串联方式的压接方法均同前所述。注意三个极面之间均不能短路。
3.1.4.简述几种常用的片式晶闸管和片式晶体管的制造技术
3.1.4.1.逆导片式晶闸管和逆导片式晶体管的制造
(1).采用一个逆导晶闸管芯片或硅片，或者一个逆导晶体管芯片或硅片，都可按照前边描述的焊接法和压接法，制成一个逆导片式晶闸管或逆导片式晶体管。如果要增大电流容量，可采用并联方式制造，如果要提高电压等级，可采用串联方式制造。这种片式半导体器件能够和交流电力开关配套应用。
(2).采用一个普通晶闸管芯片或晶体管芯片和一个普通整流管芯片反并联，或者采用一个普通晶闸管硅片或晶体管硅片和一个普通整流管硅片反并联，按照前边描述的焊接法和压接法，也可以制成一个逆导片式晶闸管或逆导片式晶体管。同样，要增大电流容量和提高电压等级，可采用并联和串联方式解决。采用这种方法制造的逆导片式晶闸管或逆导片式晶体管，要比前的特性好、性能稳定。这种片式半导体器件能够和交流电力开关配套应用。
3.1.4.2.双向片式晶闸管和双向片式晶体管的制造
(1).采用一个双向晶闸管芯片或硅片，或者一个双向晶体管芯片或硅片，都可按照前边描述的焊接法或压接法，制成一个双向片式晶闸管或双向片式晶体管。其增大电流容量和提高电压等级的方法，可采用并联方式和串联方式解决。这种片式半导体器件能够和交流电力开关配套应用。
(2).采用两个普通晶闸管芯片或硅片反并联，或者晶体管芯片或硅片反并联，按照前边描述的焊接法或压接法，也可以制成一个双向片式晶闸管或双向片式晶体管。其增大电流容量和提高电压等级的方法同上。采用这种方法制造的双向片式晶闸管或双向片式晶体管，要比前一种的特性好、性能稳定。这种片式半导体器件能够和交流电力开关配套应用。
3.1.4.3.可关断的片式晶闸管或可关断的片式晶体管的制造
(1).采用一个GTO或GTR或MOSFET或IGBT的芯片或者硅片，都可按照前边描述的焊接法和压接法，制成一个可关断的片式晶闸管或可关断片式晶体管。其增大电流容量和提高电压等级的方法，也可以按照前边的办法解决。这种片式半导体器件能够和直流电力开关配套应用。
(2).采用晶闸管芯片或硅片和晶体管芯片或硅片，可考虑是否增加整流管芯片或硅片，加上需要的电阻、电容等电子器件，也可以制成能够辅助关断的片式晶闸管或辅助关断的片式晶体管。这种方法可参照后边的一个实施例。这种片式半导体器件能够和直流电力开关配套应用。
3.2.片式晶闸管和片式晶体管的应用技术
3.2.1.片式晶闸管和片式晶体管的特性
片式晶闸管和片式晶体管的热容量小，散热能力很差，不能有热积累。而片式晶闸管的浪涌电流较大，可以达到其额定值的13——19倍，片式晶体管的浪涌电流也较大，但应用时绝不能达到或接近浪涌值，必须留有足够的容量，以保证不会被热击穿。每次浪涌电流通过的时间不能超过10ms，而且其不导通和导通时间的间歇比，分别可设计为150、300、600、1200等等，按其额定电流从小到大增大间歇比。在特殊情况下，浪涌电流超过10ms而不能关断时，例如，短路状态下，交流电流往往不会在10ms时自然过零关断。此时需要采取强迫过零关断的措施，或者采取限制短路电流的措施，可以有效减小短路电流的数值，要保证片式晶闸管或片式晶体管不会被热击穿。具体措施在后面进行描述。
3.2.2片式晶闸管和片式晶体管的应用范围
根据片式晶闸管和片式晶体管的上述特点，其应用范围受到了严格的限制，不能长时间导通电流，只能间歇性的瞬间通电。所以片式晶闸管和片式晶体管不能独立投入电路使用，只能将片式晶闸管或片式晶体管和现有的各种电力开关主回路并联配套使用。在电力开关进行分合闸的瞬间，把开关触头上的电流及时转移到片式晶闸管和片式晶体管回路中去，使开关触头无电流闭合或分离后，片式晶闸管或片式晶体管再及时在电流过零时关断，即能实现电力开关进行无电弧分合闸。要使开关触头无电弧的闭合或分离，其动静触头的闭合或分离的瞬间大约需要10ms以内，甚至1ms左右的时间，对于高电压等级的电力开关，在其动静触头的间隙发生电击穿的时间极短，可以采取相应的延时电击穿的措施，同样可在极短的时间内做到无弧分合闸操作。而延时电击穿措施有以下多种方法：将动静触头的间隙中的空气介质可换成绝缘油介质或SF6介质或CCl4介质或其他性能更好的介质，或采用真空介质。也可采用各种流体介质在分合闸的瞬间高速喷吹动静触头间隙的方法，可有效延时电击穿，从而达到无弧分合闸的操作。
各种电力开关随着电压等级，电流容量，负载特性等等各种不同的要求，其开关种类繁多，仅从简单的电压等级来说就有交流的，直流的，从低压，中压，高压到超高压，特高压等。那么，片式晶闸管或片式晶体管与各种电力开关配套应用时，其选配方法也是多种多样的。可以大体分为两大类，一类是片式晶闸管或片式晶体管和接触器以及负荷开关的选配应用，另一类是片式晶闸管或片式晶体管和断路器的选配使用。具体方法将在下一节进行描述。
3.2.3.片式晶闸管或片式晶体管和电力开关配套应用的选配方法
3.2.3.1按照电压等级和电流容量的选配原则
(1).由于半导体器件过电压的能力很差，而应用电力开关的供电系统往往会发生过电压现象，这种过电压最高可达额定电压的峰值的3倍。所以片式晶闸管或片式晶体管的额定电压要按所配套的电力开关的额定电压的峰值的3倍取值选配，以防止电击穿的现象发生。
(2).由于片式晶闸管和片式晶体管的过载能力很差，考虑到电力开关供电负载的各种特性，例如启动电流的倍数和合闸涌流的现象，再结合片式晶闸管和片式晶体管浪涌电流的特性，要综合考虑电流容量的选配。特别是短路电流的发生，要采取相应的限流措施和严格的导通时间的限制。可以使瞬间通过片式晶闸管和片式晶体管的电流的峰值，控制在其浪涌电流的50％-70％以下，以防止热击穿的现象发生。
3.2.3.2.片式晶闸管或片式晶体管和接触器或负荷开关配套应用的选配方法
3.片式晶闸管和接触器并联配套的应用技术
(1).接触器是一种可以远距离控制的频繁操作的电力开关，小容量的接触器最大的操纵频率可达1200次/时，大容量的接触器操作频率一小时只有几百次甚至十多次。与片式晶闸管或片式晶体管并联配套，在进行分合闸操作时，可以满足片式晶闸管或片式晶体管只能间歇性瞬间通电的要求。接触器有交流、直流和低压、中压之分，在电力系统的配电网中用量非常庞大。据有关部门统计，现在我国每年电力市场的新增需求量约达到8000万台，而且今后20年内每年呈递增趋势。如果每台接触器并联配套一组片式晶闸管或片式晶体管，其市场前景就不言而喻。接触器可以分合各种电动机的起动电流，以及电热负载、照明负载、电焊机、小型变压器和电容器等各种用电负载，合闸瞬间产生的冲击电流或激磁涌流；接触器能承受短路电流的通过，但不能分合短路电流。接触器的固有合闸时间，小容量的约10多毫秒-20多毫秒，大容量的由于容量大，触头的开距大和超程长，其固有合闸时间就稍长一些，约20-50毫秒左右。接触器的固有分闸时间往往比固有合闸时间稍长一点。但是所有接触器的动静触头在不发生电弧的情况下，在闭合或分离的瞬间，均能在10毫秒以内，甚至1毫秒以内完成可靠地闭合或分离。
(2).对于各种电动机的起动电流，有关标准规定的最大值不超过接触器额定电流的10倍，在选择片式晶闸管或片式晶体管的额定电流时，要按接触器的10倍的额定电流计算，不超过片式晶闸管或片式晶体管浪涌电流的50％-70％，可以安全的躲过起动电流的热击穿。对于短路电流，如果超过片式晶闸管浪涌电流的50％-70％，可考虑增大片式晶闸管或片式晶体管的额定电流容量的办法。也可以在接触器和片式晶闸管或片式晶体管并联配套的主回路电源侧，串联快速熔断器或快速断路器，作为快速的短路保护。还可以将片式晶闸管或片式晶体管和能够有效限制短路电流大小的钠断流器或PTC断流器或水银断流器等，串联组成混合式断流器。关于这种混合式断流器，我已在“断流开关”发明专利中，做了详细的介绍，这里就不再多述。而对于合闸时瞬间产生的冲击电流或激磁涌流，除了可考虑增大片式晶闸管或片式晶体管的额定电流容量外，也可以考虑上述这种串联能够有效限制电流大小的断流器，而组成混合式断流器。但是要注意，如果主回路中串联有短路保护的快速熔断器或快速断路器，该短路保护装置应该允许合闸时的冲击电流或激磁涌流能够安全的通过，不能发生误动作。
(3).另外接触器在合闸时有一个很大的特点，就是动静触头在闭合的瞬间，会发生第一次碰撞引起的弹跳。在这次弹跳后继续合闸完成超行程时，由于动铁芯和静铁芯闭合时的碰撞，还会发生第二次碰撞引起的弹跳。两次碰撞引起的多次弹跳有可能使动静触头发生多次瞬间的分离而产生电弧。所以设计片式晶闸管或片式晶体管的控制触发电路时，要保证在触头每次弹跳分离的瞬间，及时地多次触发片式晶闸管或片式晶体管可靠地导通，使动静触头之间不会产生电弧。
(4).电力负荷开关的操作不频繁，和片式晶闸管或片式晶体管配套使用，可按照具体情况来确定是否需要配套。如果需要时，可参照上述方法即可。
3.2.3.3.片式晶闸管或片式晶体管和断路器配套应用的选配方法
(1)、断路器有交流，直流之分，从低压，中压，高压到超高压和特高压。各种电压等级的断路器有一个共同的特点，除了能够正常地操作停电送电外，必须能安全地分合电路中的短路电流。而短路电流的大小主要和它的供电电源的系统容量有关，和发电机或发电厂的出口开关的距离有关。如果供电电源的容量小，其系统短路电流就小；供电电源的容量大，其系统短路电流就大。一般从10几千安到80千安，而对于大型变压器或电网系统并网运行时，其短路电流可超过上百千安。那么对于各种分断容量的断路器，要选配片式晶闸管或片式晶体管，除了要满足上述选配原则外，还要考虑这样大的短路电流的通过。要求必须采取有效地限流措施和极短的导通时间的速断保护措施，否则会造成热击穿而损坏片式晶闸管或片式晶体管。特别需要强调的一点，交流短路电流的暂态分量衰减到出现过零的时间和短路点与发电厂的距离有关，对于远离发电厂的短路电流，衰减到过零的时间大约45毫秒，而对于发电厂附近的短路电流，则需要150毫秒左右。这对于利用交流电流过零时，取掉触发信号就能自动关断电路的晶闸管来说，需要将短路电流能够限制的很小。解决的方法是采用“钠断流器”或“PTC断流器”与其串联组合装配成混合式无弧断流器，可以使片式晶闸管或片式晶体管能够承受45毫秒～150毫秒的导通时间而不会发生热击穿。这是断路器选配片式晶闸管时，要重点解决问题的一种方案，另外还有采用速断保护措施的几种方案，下边进行简要介绍。
(2)、我在2005年12月28日授权的“断流开关”发明专利中，已经介绍了几种有效地限流措施和短路电流的速断保护措施。在该专利中，把这种“用晶闸管芯片制造的微型开关装置，称之为电子式断流器”，将其和接触器或负荷开关并联配套，可实现无弧分合闸的操作。同时还介绍了“钠断流器”，“PTC断流器”和“水银断流器”，这三种的任一种断流器和电子式断流器组合装配成混合式无弧断流器。能有效地限制短路电流或合闸冲击的尖峰电流，使电力开关达到无弧分合闸的操作。另外还介绍了“水银断流器”的速断保护装置。除此之外，在片式晶闸管或片式晶体管的电源侧还可以安装快速熔断器或速断开关，实现瞬间的快速短路保护。
(3)、当然，对于比较频繁操作的断路器，采用上述这种配套应用的方法，是有明显的实用价值。可以有效的延长该断路器的使用寿命，并有效的提高分断能力；还可以有效的防止操作过电压的危害，以及有效的阻止电弧过电压对电网环境的污染和电弧电磁波对空间电磁场的环境污染，并且具有安全防爆功能。这是一台长寿命的，环保型的，安全防爆断路器。但对于极少操作的断路器，就没有多大的实用价值。
3.2.4片式晶闸管和片式晶体管和电力开关配套应用时，需要制做成片式电力电子模块的方法。
3.2.4.1按照电力开关的极数(或相数)选择片式电力电子模块相数的方法。
(1)直流电力开关一般都是单相单极的，可选用上述待用的一个可关断的片式晶闸管或可关断的片式晶体管，和其相适应的控制电路连接，用环氧树脂或其他绝缘材料封装成单相片式电力电子模块。如果是单相双极的开关，根据需要也可用一个或两个可关断的片式晶闸管或片式晶体管来制作成相应的片式电力电子模块。将模块和直流电力开关并联配套，即可实现无弧操作。
(2)交流接触器有单相单极的，单相双极的，有两相两极的，有三相三极的，三相四极的和三相五级的，可根据接触器的相数和极数来制作片式电力电子模块。可以制成单相的、双相的、三相的和四相的片式电力电子模块，其三相四极的和三相五极的交流接触器并联配套四相的片式电力电子模块就能满足需要。单相的选用一个，双相的选用两个，三相的选用三个，四相的选用四个片式晶闸管或片式晶体管，和其相适应的控制电路连接，用环氧树脂或其他绝缘材料封装成相应极数的电力电子模块。其形状按开关内部的合适位置和空间来制作，将模块和相应的交流电力开关并联配套，即可实现无弧操作。
这里所制做的片式电力电子模块，可选用上述待用的片式双向晶闸管或片式双向晶体管，也可以选用上述待用的片式逆导晶闸管或片式逆导晶体管。根据其电压等级、电流容量、特性参数和经济成本，进行综合考虑选择制做片式电力电子模块。
3.2.4.2按照电力开关的动作特性、触头开距、超程和开关内部空间位置制做片式电力电子模块的方法。
(1)电力开关有直流的，有交流的，有接触器，有负荷开关，有断路器，其分合闸时的动作特性有所不同，触头开距和超程也都有所不同。例如交流接触器的触头开距和超程：小容量的触头开距是3.6～4毫米，超程是1.8～2.2毫米；中大容量的触头开距是4～11毫米，超程是2.4～4.5毫米；1140V的接触器的触头开距要增大到9～12毫米；转动式的接触器的触头开距是9～18毫米，超过程是5～11毫米。那么各种电力开关在分合闸时的动作时间就有所不同，要根据动作时间的特性，来确定片式晶闸管的触发导通和关断时间，设计出各种不同的与其相适应的控制电路，来触发控制片式晶闸管或片式晶体管。将控制电路和片式晶闸管或片式晶体管连接后，即可封装成需要的片式电力电子模块。关于控制电路的具体设计，以后将专文描述。
(2)按照上述的各种制做方法时，还要根据不同电力开关的内部空间位置，以及片式晶闸管或晶体管的形状尺寸和控制电路的大小，要进行综合考虑，设计出相应的结构形状。由于片式晶闸管和片式晶体管的体积小，重量轻，不需要散热装置，其控制电路也更小，所以制做成的电力电子模块就不大。可以作为电力开关中的一个部件，并联安装在开关中的一个合适位置。可以基本不改变电力开关的尺寸，能够安装到标准的配电柜和开关柜中，而不需要设计非标的专用配电柜和开关柜，所以不会增加变电所的占地面积和安装费用。
4.附图说明
图1、用一个芯片焊接制做一个片式晶闸管的结构图
图2、用两个芯片反并联焊接制做一个片式晶闸管的结构图
图3、用两个芯片反并联压接制做一个片式晶闸管的结构图
图4、用三个芯片制做一个片式晶闸管的主电路接线原理图
图5、用片式晶闸管制做接触器无弧罩的结构原理图
图6、无弧接触器接入电路中的主回路接线原理图
5、具体实施方式
5.1采用焊接的方法制做片式晶闸管或片式晶体管的实施例
采用焊接的方法制做时，要选用焊接型的晶闸管芯片(或硅片)，或选用焊接型的晶休管芯片(或硅片)，才能进行焊接制做。现在用一个焊接型的500A/1800V的逆导晶闸管芯片来制做一个500A/1800V的片式逆导晶闸管。逆导晶闸管的外圆是一个500A/1800V的普通整流管的芯片，其内圆是一个500A/1800V的普通晶闸管的芯片，中心小圆是它的门极，两者是反并联地制做在同一个硅圆片上的。为了下面叙述上的方便，我们以这个晶闸管的阳极面和阴极面为基准，来确定该逆导管的阳极面和阴极面。如图1所示，图1A和图1B分别是逆导管的阳极面铜板T11和阴极面铜板T12水平放置的平面图、剖面图和局部放大图。T11的右侧圆面和T12的左侧圆面上的焊接面处，压制的细槽条纹是为了增强和芯片的两个面的焊接效果。T11的左端头和T12的右端头分别预留了进线和出线的连接螺栓的穿孔，在T12的细槽条纹中心预留了门极孔。图1C是焊接后的片式逆导晶闸管水平放置的平面图和剖面图，两个图中都画上了夹在两个铜板之间的逆导管芯片J11。剖面图中还画出了焊接在阳极铜板T11上的阳极绝缘引线11，焊接在阴极铜板T12上的阴极绝缘引线12，焊接在芯片J11的门极上的门极绝缘引线13。图中未画出封装的保护层。
5.1.1.两步焊接方法的操作程序
如图1B所示，第一步将阴极铜板T12按平面图放平后，在其细条槽纹的圆形焊接面处均匀放入适量的焊料，该焊料的熔点要比或芯片J11烧结时的温度低几十度才能选用。将芯片J11的阴极面(包括整流管的阳极面)对准铜板T12的焊接面放平，工装固定好后放入焊接炉，将炉温调整到焊料熔化并焊接牢固后取出。第二步将阳极铜板T11按图1A的平面图放平后，在其细条槽纹的圆形焊接面上均匀放入适量的焊料，这次用的焊料熔点要比第一步的焊料低几十度才能选用。下来把已焊上芯片的铜板T12翻过来，将芯片J11的阳极面(包括整流管的阴极面)对准铜板T11的焊接面放平。再从门极孔中在芯片J11的门极处放入适量的同种焊料，将一根耐高温绝缘导线13的裸线头固定在门极上。工装固定好后放入焊接炉，将炉温调整到焊料熔化并焊接牢固后取出。门极绝缘引线13的焊接也可在第二步焊接之后，用一根绝缘导线焊接在门极上。下来在两块铜板的适当位置处分别焊上一根阳极绝缘引线11和一根阴极绝缘引线12。注意上述操作，均不能使阴极、阳极和门极有短路点。最后将两块铜板之间的间隙和门极周围清理干净，并灌入单组分胶或双组分胶作为保护层封装，就制成了一个500A/1800V的片式逆导晶闸管，见图1C所示。
5.1.2.一步焊接法的操作程序
如图1A所示，将阳极铜板T11按平面图放平后，在其细条槽纹的圆形焊接面处均匀放入适量的焊料，该焊料的熔点要比或芯片J11烧结时的温度低几十度才能选用。将芯片J11的阳极面(包括整流管的阴极面)对准铜板T11的焊接面放平。并在芯片J11的阴极面和门极处放入同种焊料，把图1B中的铜板T12翻过来，将其细槽条纹的圆形焊接面和门极孔分别对准芯片J11的阴极面和门极面，再将一根耐高温的绝缘导线13的裸线头从门极孔中固定在芯片J11的门极上。工装固定好后放入焊接炉，将炉温调整到焊料熔化并焊接牢固后取出。下来在两块铜板的适当位置处分别焊上一根阳极绝缘引线11和一根阴极绝缘引线12。注意上述操作，均不能使阴极、阳极和门极有短路点。最后将两块铜板之间的间隙和门极周围清理干净，并灌入单组分胶或双组分胶作为保护层封装，就制成了一个500A/1800V的片式逆导晶闸管，见图1C所示。
5.1.3.用晶闸管硅片焊接难度的处理措施
用一个焊接型的500A/1800V的逆导晶闸管硅片，焊接制做一个500A/1800V的片式逆导晶闸管时，由于硅片厚度太薄，两个面焊接铜板操作比较困难，且焊接质量难以保证。这时可在图1A和图1B中的两块铜板T11和T12上，分别对应硅片的阳极面、阴极面和门极面的焊接面处，预制凸出1.5毫为左右的，和三个极面同样大小的圆面，并在该面上压制能增强焊接效果的细槽条纹。这样可以保证硅片两边极面上焊接的两块铜板之间能有约3毫米的间隙，使硅片两边极面不易造成短路，焊接操作容易，且易保证焊接质量。
5.1.4.并联焊接法的操作程序
用一个焊接型的300A/1800V的普通晶闸管芯片和一个焊接型的300A/1800V的普通整流管芯片，反并联焊接也可制做一个300A/1800V的片式逆导晶闸管。如图2所示，图2A和图2B分别是反并联的晶闸管芯片和整流芝芯片极面两边的铜板T21和铜板T22，水平放置的平面图、剖面图和局部放大图。图2C是焊接后的片式逆导晶闸管水平放置的平面图和剖面图。如图2A和图2B所示。首先需要在两块铜板T21和T22上，预制出两个芯片J21和J22的焊接位置和门极孔，以及焊接面的细槽条纹。下边的操作步骤，和前边所述的焊接步骤相同，同样要焊上阳极引线21、阴极引线22和门极引线23，这里就不再重复。这种片式逆导晶闸管，比用一个逆导晶闸管芯片制做的性能要优越一些。
5.2.采用压接的方法制做片式晶闸管或片式晶体管的实施例
采用压接的方法制做时，要选用压接型的晶闸管芯片(或硅片)，或选用压接型的晶体管芯片(或硅片)，才能进行压接制做。现在用两个压接型300A/1800V的普通晶闸管芯片反并联，来制做一个300A/1800V的片式双向晶闸管。如图3所示，图3A和图3B分别是两个反并联晶闸管芯片极面两边的铜板T31和铜板T32，水平放置的平面图和剖面图。T31的右侧中间和T32的左侧中间预留了门极孔，T31的左端和T32的右端预留了进线和出线的联连镙栓的穿孔。图3C是压接后的片式双向晶闸管的水平放置的平面图和剖面图，在剖面图中，J31和J32是普通晶闸管的两个芯片，T31和T32是夹着芯片两边的两块铜板，T33和T34是两块绝缘板，T35和T36是两个蝶形弹簧，T37和T38是两块薄钢板。蝶形弹簧是专用的有四个角的圆盘形弹簧，四个角上预留有固定镙栓的穿孔，圆盘的中心预留了门极孔。
5.2.1.并联压接法的操作程序
按图3C所示，采用6个固定镙栓穿孔紧固压接，在6个镙杆上套有绝缘套管，可防止两块铜板之间和芯片之间发生短路。6个镙栓的紧固力，和用两个芯片反并联制做相同规格的晶闸管模块的紧固力大小相同。如果两块绝缘板T33和T34的强度能满足要求，可考虑把最外层的两块钢板T37和T38取掉。则成为图3D所示的剖面图。下来在两个芯片的门极处分别焊上一根绝缘导线33和34，再在两块铜板的合适位置分别焊上一根绝缘导线31和32。最后把压接成的片式双向晶闸管清理干净，不能出现短路点，并用单组份胶或双级份胶作为瓮中保护层封装即可。
5.2.2.用晶闸管硅片压接难度的处理措施
用两个压接型的300A/1800V的普通晶闸管硅片反并联，压接制做一个300A/1800V的片式双向晶闸管时，由于硅片厚度太薄，压接操作比较困难，且压接质量不好保证。这时可在图3C或图3D的剖面图中，分别在硅片J31和J32的两边和两块铜板T31和T32之间，增加和硅片的阴阳极面的面积分别完全相同的薄铜片或薄银片或薄铝片。如果需要时，也可在芯片极面上加入相同面积的薄钼片。其它操作程序均同前所述，注意所有的阴极，阳极和门极均不能短路。
5.3.用三个芯片(或硅片)制做一个门极辅助关断的片式晶闸管的实施例
用两个普通晶闸管芯片(或硅片)共阴极连接，将二者之一和一个普通整流管芯片(或硅片)共阳极连接，再连接一个电阻和直流电容器，可以制作一个门极辅助关断的片式晶闸管。其主电路的接线原理见图4所示。图中SCR1和SCR2是两个普通晶闸管的芯片(或硅片)，SR是普通整流管的芯片(或硅片)，C为直流电容器，R为电阻；节点1接直流电源的正极，节点2接直流电源的负极；节点1和节点3之间可连接直流负载。该电路的开关原理如下，将SCR1触发能使负载上的直流电路导通，将SCR2触发能使直流电路关断。R是电容C的充电电阻，设定R上流过的电流不足维持SCR2的导通，当SCR2导通放电后可自行关断。SR作为续流二极管，当SCR1关断时，负载上的反电势可经过SR续流放掉。这是一个开关性能比较良好的半导体直流开关主电路，采用上述的焊接法或压接法，可以制做成门极辅助关断的片式晶闸管。
5.4.用片式晶闸管制做电力电子模块的实施例
将三相交流接触器上部的消弧罩内腔改造可以制成无弧罩，把消弧栅片和塑料隔档全部取掉。连接消弧罩和接触器本体的两个卡钉，及其固定卡钉的塑料通道要保留，仍作为无弧罩和接触器本体的联接固定用。在三相触头上部的空间中，每相安装一个片式双向晶闸管，该管的铜板接线端左右两边伸延弯向下边。将三相静触头两边的引弧角片取掉，换上联接铜片，可和片式晶闸管两边弯下来的铜板接线端，采用插接的方式联接起来。也可采用镙栓联接的方法，这就需要在联接铜片上预制镙栓的穿孔并背上镙帽，还需在无弧罩左右两侧预制出镙栓的进孔。图5是一个三相交流接触器的上半部结构的剖面图。参见图5所示：C51是接触器的本体，C52是接触器的无弧罩，C53和C54是接触器其中一相的两个静触头，C55是其动触头。J51和J52是一相片式晶闸管的两个芯片，J53是其控制集成电路。T51和T52是片式晶闸管的两块铜板及其伸延长弯向下边的接线端，T53和T54是两个联接铜片，可将接线端T51和T52与静触头C53和C54分别联接起来，图中所画的是将无弧罩固定到接触器上后，用镙栓穿过无弧罩两边预制的镙栓穿孔将T51和C53通过联接铜片T53以及T52和C54通过联接铜片T54分别连接起来的。这是用片式晶闸管按照无弧罩内腔的空间，用绝缘材料(树脂或塑料)封装固定在无弧罩的空腔内制做成的无弧电力电子模块。可取代接触器原有的消弧罩，便能进行无弧分合闸的操作。这种装有电子模块的罩子，可称其为接触器的无弧罩。装有无弧罩的接触器可称其为无弧接触器。
5.5.用片式晶闸管制成的电力电子模块接入电路中的实施例
用片式双向晶闸管和片式逆导晶闸管者可分别制做成交流电路中常用的电力电子模块。片式双向晶闸管通常是采用两个普通晶闸管的芯片(或硅片)反并联制做的；也可采用一个双向晶闸管的芯片(或硅片)来制做。片式逆导晶闸管通常是采用一个普通晶闸管的芯片(或硅片)，和一个普通整流管的芯片(或硅片)反并联制做的；也可采用一个逆导晶闸管芯片(或硅片)来制做。用这几种片式晶闸管制做的三相无弧罩，安装在三相交流接触器上，接入三相交流电路中，其主回路的接线原理图，分别见图6A和图6B。如图6所示：K是电源刀开关，RSH是快速熔断器，CJ是接触器中的主接点，Triac是无弧罩内的片式双向晶闸管，RCT是无孤罩内的片式逆导晶闸管，D是负载电机。在接触器进行分闸或合闸的瞬间，控制片式晶闸管在这一时刻即时地瞬间导通，三相触头上就不会产生电弧。图6A是新产品进行样机试验时的接线实例，试验中用试波器拍出的波形图，充分证明了这种接触器是无孤接触器。

Claims (4)

1.一种半导体基片，是用品闸管芯片(或硅片)或者晶体管芯片(或硅片)，直接夹在两块铜板之间，采用焊接的方法或者压接的方法可以制成片式晶闸管或片式晶体管。这是一种新型的片式半导体器件，为半导体领域中的晶闸管和晶体管这两个大家族，各增加了一个派生的分支体系。
2.如权利要求1所述的片式晶闸管和片式晶体管，其特征是应用技术比较独特，不能单独接入电路中运行，必须和接触器或断路器或负荷开关等电力开关并联配套。只能在开关分合闸的瞬间短时间的导通电流，能够使电力开关进行无电弧的分合闸操作，使之成为安全防爆的环保型电力开关。
3.如权利要求1所述的片式晶闸管和片式晶体管，其特征是体积小、重量轻、价格低廉，能利用电力开关中的空间位置，可以制做成开关中的一个部件，并联在开关的触头上。不影响原开关的安装尺寸，安装到原有的配电柜中，不需要设计专用的非标配电柜，可以节约空间位置和大量的安装费用。
4.如权利要求1所述的片式晶闸管和片式晶体管，其特征是并联在电力开关的触头上，分合闸时，不会产生电弧。就能消除电弧引起的操作过电压对电网的严重污染，显著提高电网的供电质量和安全可靠性；消除电弧电波对空间电磁场的环境污染，使无线电遥控和通信免受干扰；可以使开关安全地使用在易燃易爆的化工场所和煤矿井下。没有电弧烧损触头，触头上的贵金属材料就不会被电磨损，可以节约触头上大量的贵金属材料。同时，触头上没有电弧磨损，就可以数十倍或上百倍延长开关的使用寿命。
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