CN103199067A - 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器 - Google Patents

铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器 Download PDF

Info

Publication number
CN103199067A
CN103199067A CN2013100911838A CN201310091183A CN103199067A CN 103199067 A CN103199067 A CN 103199067A CN 2013100911838 A CN2013100911838 A CN 2013100911838A CN 201310091183 A CN201310091183 A CN 201310091183A CN 103199067 A CN103199067 A CN 103199067A
Authority
CN
China
Prior art keywords
bridge rectifier
thermal resistance
resistance bridge
low thermal
copper
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
CN2013100911838A
Other languages
English (en)
Inventor
程德明
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Individual
Original Assignee
Individual
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Individual filed Critical Individual
Priority to CN2013100911838A priority Critical patent/CN103199067A/zh
Publication of CN103199067A publication Critical patent/CN103199067A/zh
Pending legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/36—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process
    • H01L24/37—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors prior to the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L24/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L24/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/01—Means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected, e.g. chip-to-package, die-attach, "first-level" interconnects; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/34—Strap connectors, e.g. copper straps for grounding power devices; Manufacturing methods related thereto
    • H01L2224/39—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process
    • H01L2224/40—Structure, shape, material or disposition of the strap connectors after the connecting process of an individual strap connector
    • H01L2224/401—Disposition
    • H01L2224/40135—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip
    • H01L2224/40137—Connecting between different semiconductor or solid-state bodies, i.e. chip-to-chip the bodies being arranged next to each other, e.g. on a common substrate
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/83—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a layer connector
    • H01L2224/838—Bonding techniques
    • H01L2224/83801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2224/00—Indexing scheme for arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies and methods related thereto as covered by H01L24/00
    • H01L2224/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L2224/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H01L2224/848—Bonding techniques
    • H01L2224/84801—Soldering or alloying
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L24/00—Arrangements for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies; Methods or apparatus related thereto
    • H01L24/80—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected
    • H01L24/84—Methods for connecting semiconductor or other solid state bodies using means for bonding being attached to, or being formed on, the surface to be connected using a strap connector
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L2924/00—Indexing scheme for arrangements or methods for connecting or disconnecting semiconductor or solid-state bodies as covered by H01L24/00
    • H01L2924/15—Details of package parts other than the semiconductor or other solid state devices to be connected
    • H01L2924/181—Encapsulation

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)

Abstract

本发明提供一种降低桥式整流器结壳热阻的制造技术，使用新型材料“铝基覆铜箔板”制作主导热面板，生产低热阻桥式整流器。与传统桥式整流器相比较，低热阻桥式整流器的结壳总热阻值只有几十分之一，热安全系数提高一倍，在同等体积下，电流容量提高一个数量级，生产成本更低。直接装置在发电机体内的低热阻桥式整流器可做成平板式，安装在发电机的壳体上，利用发电机壳体散热。低热阻桥式整流器的研发是电力电子器件制造技术的一次重大进步。

Description

铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器
技术领域
本发明涉及一种低热阻桥式整流器的制造技术，属于国家重点支持的新型电力电子器件技术领域。
背景技术
额定电流容量5～100A的桥式整流器，主要包括：单相全波桥式整流器、单相全波半控桥式整流器、三相全波桥式整流器、三相全波半控桥式整流器等，是电力电子技术的支柱产品，广泛用于各种交直流转换电路中。椐不完全统计，每年国内市场需求量约2亿只，出口外销量约1亿只。
传统桥式整流器的结构制造工艺，是将若干只(常见为4～6只)整流芯片或可控芯片，按照桥式整流电路的功能要求焊接组合，装入金属(常用铝)盒内，灌、填绝缘密封材料，保证通电部分与外壳之间呈绝缘状态，再经老化测试即成为产品。其金属外壳的平整底面是桥式整流器的主导热面，所谓“主导热面”，是指产品与外接散热器可以紧密接触的平面。产品90％以上的热量通过主导热面流向外接散热器，保证了内部芯片的温度不高于芯片的额定结温，产品即可连续安全工作。传统桥式整流器的典型结构如说明书附图1所示。
桥式整流器中的芯片，通过电流时由于二端的存在电压降会产生热量。每只芯片产生的热量值，近似等于通过电流的平均值乘以压降值。以额定输出电流为50A的单相桥式整流器为例，每只整流芯片压降以1.1V计算，输出电流每个半波均轮流流过二只芯片，所以，四只整流芯片上产生的总热量为：
50A×1.1V×2＝110W…………(式1)
说明书附图1所示产品的总热阻，是芯片到主导热面金属外壳之间的热阻，称为“结壳总热阻”，常以字母“Rjc”表示。其值与产品的结构、所使用材料的导热系数和材料的几何形状、尺寸有关。解剖具有说明书附图1所示结构的某全波整流桥式整流器产品为例，得到如下数椐：其主导热面为铝壳的底面，成正方形，边长28mm，其下电极平行相对铝壳底面的可散热的总面积为300mm2，电极与铝壳底部之间平行距离为0.65mm，充满用以绝缘导热的环氧树脂。取常用环氧树脂的导热系数为0.4W/mk，椐此可计算得所述桥式整流器的芯片PN结到主导热面之间的所谓“结壳总热阻”为：
Rjc＝0.65×10-3m/(300×10-6m2×0.4W/mk)＝5.4度/W…………(式2)
上例桥式整流器输出50A的电流时，引入(式1)、(式2)数椐，所述桥式整流器的芯片与桥式整流器主导热面之间温差即为：
(5.4度/W)×110W＝594度………(式3)
如此，上例桥式整流器芯片温度将急剧升高，远远超出现行整流芯片额定结温150度，产品将在很短时间内烧毁。
反之，按现行整流芯片额定结温150度，设定桥式整流器的主导热面额定温度100度，引入(式1)数椐，从理论上可计算得50A单相全波桥式整流器的结壳总热阻的理论值应满足：
(150-100)度/110W＝0.4545度/W…………(式4)
(式2)的热阻实际解剖值“5.4度/W”是(式4)的热阻理论要求值“0.4545度/W”的10倍以上，显然，上例实例产品不能通过50A电流，按发热安全系数为1计算，也只能勉强通过5A的工作电流。将其可通过的电流值与主导热平面面积的比值定义为“主导热面工作电流密度”，上例值为：
5A/(2.8cm×2.8cm)＝0.638A/cm2…………(式5)
(式5)的主导热面工作电流密度值很小。如按此值设计额定电流为50A的桥式整流器，其主导热面积要达到78cm2；额定电流为100A的桥式整流器，其主导热面积要达到156cm2。主导热面积面积与相应的产品体积都过大。
经上述分析可知，改进我国传统桥式整流器的工艺结构，已是迫在眉睫的问题。改进的主要技术关键，就是要降低产品的结壳总热阻，增加“主导热面工作电流密度”，提高产品的电流容量，减小产品体积和材料消耗，向国家倡导的“高性能、大容量、小型化、低消耗”方向发展。
发明内容
本发明提供一种降低桥式整流器结壳总热阻的制造技术，使用新型材料“铝基覆铜箔板”制作主导热面，生产出一种低热阻桥式整流器，可以满足上述技术要求。
所述低热阻桥式整流器，其主要结构由主导热面板(1)、下电极(2)、芯片(3)、上电极(4)、绝缘体(5)组成。其典型结构图如说明书附图2所示。
上述主导热面板(1)，用新型材料单面铝基覆铜箔板制作。所谓单面“铝基覆铜箔板”，是指在铝金属板上，单面粘贴上一层极薄(100±50微米)的绝缘粘结层，再粘贴上一层铜箔层制成的新型复合板材，我国现已能大量自主生产。由于其中的绝缘粘结层有较高的导热和绝缘能力，既可以将铜箔面上的热量用传导方式传给铝金属板，又可以将铜箔与铝金属板之间的高电位差予以绝缘隔离，很适合用来制作低热阻桥式整流器的主导热面板。
用铝基覆铜箔板制作桥式整流器的主导热面板(1)，必须根据低热阻桥式整流器的要求来设计相关的尺寸参数。要配合外接散热器，做成正方形、长方形、马蹄形等形状。面积根椐产品的额定电流来选取，额定电流与主导热面积比值(即：主导热面工作电流密度)可取[(5～10)安培/平方厘米]。铝金属板的厚度根据产品与外接散热器的紧固应力和横向导热能力来选取，可选用0.8～2毫米，当产品的额定电流较小时(例如5A)，可选用较薄(例如0.8毫米)；当产品的额定电流较大时(例如100A)，可选用较厚(例如2.0毫米)。铜箔厚度选用35～70微米，当产品的额定电流较小时(例如5A)，可选用较薄(例如35微米)；当产品的额定电流较大时(例如100A)，可选用较厚(例如70微米)，以增强导电导热能力。绝缘粘结层的导热系数是决定产品热阻的关键参数，在[(0.8～3.0)瓦/(米度)]之间选用，当产品的额定电流较小时(例如5A)，可选用较小值[例如0.8瓦/(米度)]；当产品的额定电流较大时(例如100A)，可选用较大值[例如3.0瓦/(米度)]。铝板与铜箔面之间耐电压，由绝缘粘结层的厚度与绝缘能力决定，应根据产品标准关于带电部分与外壳之间的耐压要求来确定，选取大于1500V。
主导热面板(1)的铜箔面，上面焊接有下电极(2)。有的下电极之间电位不同，需要相互隔离，为了解决隔离电极之间的绝缘问题，必须将隔离电极之间的铜箔用化学蚀刻工艺去除，留出大于0.5毫米宽的间隙，间隙越宽，绝缘效果越好。为避免铜箔在铝板的边缘、穿孔的边缘发生短路跳火现象，也应将各种边缘部分大于0.5毫米宽的铜箔刻蚀去除，无铜箔部位保留着无损伤的绝缘粘结层。各部分铜箔面积的大小，要根据其连接芯片的发热量进行计算设计，使各部分面积的大小与其连接的芯片发热量成正比。经过刻蚀的铜箔图形，既具有导热、导电功能，各部分铜箔图形之间、铜箔与铝板外边缘、铜箔与穿孔铝板边缘间，又具有很好的绝缘能力。不同功能、不同外形、不同电流容量的低热阻桥式整流器的铜箔图形均不相同，应根椐具体情况设计。以下给出四个设计实例。
说明书附图3，给出了典型的单相全波整流“KPBC”低热阻桥式整流器的正方形主导热面板图。其铜箔刻蚀后，图形分为二部分，每部分连接二只相同的芯片，所以设计二部分面积的大小相等。说明书附图4，给出了典型的三相全波整流“SKPBC”低热阻桥式整流器的正方形主导热面板图，其铜箔刻蚀后，图形分为三部分，该三部分铜箔面积的大小是根据其分别连接着的总计六只整流芯片的发热量进行计算分配的。说明书附图5，给出了典型的“三相全波共阴极半控整流”低热阻桥式整流器的长方形主导热面板图，其铜箔刻蚀后，图形分为八部分，其中有三块面积较小的正方形分别与三只整流芯片连接，三块面积较大的正方形分别与三只可控芯片连接，将与可控芯片连接的铜箔面积设计得较大，是因为可控芯片的额定结温较低且压降较大之故，其余的部分铜箔用予电路连接。说明书附图6，给出了典型的“三相全波共阳极半控整流”低热阻桥式整流器的马蹄形主导热面板图，其铜箔刻蚀后，图形也分为八部分，功用类似说明书附图5的例子。说明书附图5与说明书附图6所述的低热阻桥式整流器常用于车、船、防爆发电机等的调压部分。
低热阻桥式整流器的下电极(2)，呈薄片状，其上焊接着芯片(3)。下电极的主要功能是将焊接安装在下电极上芯片所产生的热量沿下电极平面方向发散开，再通过绝缘粘结层传导给铝板，所以其平面尺寸与对应的铜箔图形相配合可略小；为了导热良好，下电极材料选用紫铜板，表面镀涂镍、锡等易焊接金属层；下电极厚度可根椐产品额定电流选定，为0.5～1.0毫米，当产品的额定电流较小时(例如5A)，可选用较薄(例如0.5毫米)，当产品的额定电流较大时(例如100A)，可选用较厚(例如1.0毫米)。有的下电极需与外界连接电源，其边缘处还设计有电源接线桩，弯折90度后，电源接线桩可垂直电极平面伸出低热阻桥式整流器体外，与外电路连接。不同功能、不同外形、不同电流容量的低热阻桥式整流器的下电极均不相同，应根椐具体情况设计。以下给出二个设计实例。
说明书附图7，给出了典型的单相全波整流“KPBC”低热阻桥式整流器的下电极平面展开图，其有正、负各一片下电极，每个下电极边缘带有一个电源接线桩，沿虚线弯折90度后，可伸出器件体外。说明书附图8，给出了典型的三相全波整流“SKPBC”低热阻桥式整流器的下电极平面展开图，其有正、负各一片下电极，每个下电极边缘带有一个电源接线桩，沿虚线弯折90度后，可伸出器件体外。
低热阻桥式整流器的芯片(3)，从功能上分，有整流芯片和可控芯片二类；从外形上分，有圆形、正方形、长方形三类；从电气参数上分，主要有额定工作电压、额定工作电流、正向通态电压降、额定工作结温等四个重要参数。如生产单相全波低热阻桥式整流器，需四只整流芯片；如生产单相全波半控低热阻桥式整流器，需二只整流芯片、二只可控芯片；如生产三相全波低热阻桥式整流器，需六只整流芯片；如生产三相全波半控低热阻桥式整流器，需三只整流芯片、三只可控芯片。芯片的额定工作电压选取≥低热阻桥式整流器的额定工作电压；芯片的额定工作电流选取≥(1/2)低热阻桥式整流器的额定工作电流；芯片的正向通态电压降越低，芯片发热量越小，一般要求≤1.2V；芯片的额定工作结温越高越好，一般要求≥150度。目前国产的整流、可控硅芯片质量，均能满足低热阻桥式整流器生产的要求。
低热阻桥式整流器的上电极(4)，焊接在芯片(3)的上端，起连接电路兼有平衡导热作用，呈薄片或圆线状。为了导电、导热良好，下电极材料选用紫铜板或紫铜线，表面镀涂镍、锡等易焊接金属层。片状上电极厚度和圆线状上电极半径，也根椐产品额定电流选定，为0.5～1.0毫米，当产品的额定电流较小时(例如5A)，可选用较小(例如0.5毫米)；当产品的额定电流较大时(例如100A)，可选用较大(例如1.0毫米)。有的上电极需与外界连接电源，片状上电极边缘处还设计有电源接线桩，弯折90度后，电源接线桩可垂直电极平面伸出低热阻桥式整流器体外，与外电路连接；圆线状上电极也可在合适部位弯曲90度后伸出低热阻桥式整流器体外，与外电路连接。不同功能、不同外形、不同电流容量的低热阻桥式整流器的上电极均不相同，应根椐具体情况设计。以下给出二个设计实例。
说明书附图9，给出了典型的单相全波整流“KPBC”低热阻桥式整流器的上电极平面展开图，其有片状交流上电极二片，每个电极边缘带有一个电源接线桩，沿虚线弯折90度后，可伸出器件体外。说明书附图10，给出了典型的三相全波整流“SKPBC”低热阻桥式整流器的上电极平面展开图，其有交流片状上电极三片，每个电极边缘带有一个电源接线桩，沿虚线弯折90度后，可伸出器件体外。
将主导热面板(1)、下电极(2)、芯片(3)、上电极(4)用工夹具经定位、焊接后，就组成了低热阻桥式整流器的功能结构件。
低热阻桥式整流器的绝缘体(5)，灌注入功能结构件的空隙中，起加强绝缘作用。其材料是环氧树脂，有液态和固体粒状二种。液态状环氧树脂与固化剂混和后，灌入功能结构件与塑料外框围成的空间内，将下电极、上电极的下部分和芯片淹没，上端露各电极的电源接线桩，经固化工艺后就形成了绝缘体。采用固体粒状环氧树脂时，必须使用热成型模具，将功能结构件与粒状环氧树脂放入热成型模具，经加热熔化、灌注后即形成绝缘体。在传统桥式整流器中，绝缘体的功用主要是导热，其次是绝缘，所以必须选择高导热系数的环氧树脂材料，致使生产成本较高。在低热阻桥式整流器中，材料可以选用普通绝缘环氧树脂，因其功用只是绝缘，无需高导热系数，生产成本较低。
直接装置在发电机体内的低热阻桥式整流器可做成平板式，安装在发电机的壳体上，利用发电机壳体散热，其绝缘体是涂敷在芯片表面的普通绝缘硅橡胶，经固化即成弹性胶状体，其体积更小、成本更低。
附图说明
图1，传统桥式整流器典型结构剖面图。图中：A为铝外壳，B为绝缘支架，C为下电极，D为整流芯片，E为上电极，F为绝缘填充料。
图2，低热阻桥式整流器典型结构剖面图。图中：(1)为主导热面板，(2)为下电极，(3)为芯片，(4)为上电极，(5)为绝缘体。
图3，“KPBC”低热阻桥式整流器的正方形主导热面板图。图中：A为铝板；B为绝缘粘结层；C为刻蚀后的铜箔图形，分为二部分；D为中心安装孔，仅有一孔。
图4，“SKPBC”低热阻桥式整流器的正方形主导热面板图。图中：A为铝板；B为绝缘粘结层；C为刻蚀后的铜箔图形，分为三部分；D为中心安装孔，仅有一孔。
图5，“三相全波共阴极半控整流”低热阻桥式整流器的长方形主导热面板图。图中：A为铝板；B为绝缘粘结层；C为刻蚀后的铜箔图形，分八部分；D为主导热板安装孔，计有2孔。
图6，“三相全波共阳极半控整流”低热阻桥式整流器的马蹄形主导热面板图。图中：A为铝板；B为绝缘粘结层；C为刻蚀后的铜箔图形，分八部分；D为主导热板安装孔，计有7孔。
图7，“KPBC”低热阻桥式整流器的下电极的平面展开图。图中虚线为弯折线。
图8，“SKPBC”低热阻桥式整流器的下电极的平面展开图。图中虚线为弯折线。
图9，“KPBC”低热阻桥式整流器的上电极的平面展开图。图中虚线为弯折线。
图10，“SKPBC”低热阻桥式整流器的上电极的平面展开图。图中虚线为弯折线。
图11，“KPBC”低热阻桥式整流器，主导热面板、下电极、整流芯片、上电极组装平面展开图。图中虚线为弯折线，可弯折90度。
图12，“SKPBC”低热阻桥式整流器，主导热面板、下电极、整流芯片、上电极组装平面图。图中虚线为弯折线，可弯折90度。
具体实施方式
以下给出二种低热阻桥式整流器的主导热面板设计技术方案，来进一步说明本发明原理，但不能理解为本发明仅要求保护这二项方案，因为这二种方案的尺寸、参数还可以修改调整，另可根椐此设计原理和程序，还可设计出多项不同功能、不同形状、不同电流容量的低热阻桥式整流器产品。
(方案一)，单相、全波、额定电流50A、额定电压1000V、型号规格为“KPBC5010”的低热阻桥式整流器主导热面板设计技术方案：
a、设计铝基覆铜箔板形状，如说明书附图3，正方形铝板厚1.5mm，边长27mm。铜箔厚度35微米。绝缘粘结层厚度100um，铝板与铜箔面之间耐电压≥2000V。绝缘粘结层导热系数选取1.0W/mk。板中心钻圆固定孔1个，直径5mm。铜箔分为二部分，板边缘铜箔向内刻蚀1mm，中心圆孔边缘铜箔向内刻蚀1mm，二部分铜箔间隙1mm，二部分铜箔总面积为550mm2。
b、计算铜箔与铝板间总热阻：
Rjc＝100×10-6m/(550×10-6m2×1.0W/mk)＝0.1818度/W…………(式6)
c、设定铜箔面额定温度140度，铝板面额定温度100度，计算可耗散发热功率：
(140-100)度/(0.1818度/W)＝220W…………(式7)
d、整流芯片正向电压降为1.1V，计算低热阻桥式整流器可通过的电流：
220W/(1.1V×2)＝100A…………(式8)
e、设定热安全系数和低热阻桥式整流器额定电流：
设定热安全系数为2.0，额定电流即100A除以2，为50A。
f、计算主导热面工作电流密度，为：
50A/(2.7cm×2.7cm)＝6.86A/cm2…………(式9)
g、方案一结论：上述设计，热安全系数为2，主导热面工作电流密度为6.86A/cm2，是低热阻桥式整流器主导热面板的二项重要技术指标。本发明认为，当热安全系数≥1.5，且主导热面工作电流密度≥5A/cm2时，方案的设计即明显具备低热阻桥式整流器的特性。所以，方案一的设计，具备低热阻桥式整流器的特性。
其它设计：选用四只整流芯片参数：额定工作电流≥25A，额定工作电压≥1000V，额定工作结温≥150度，正向电压降≤1.1V。下电极形状如说明书附图5，用厚0.8mm紫铜板制成，外镀涂亮镍层，平面尺寸与铜箔相配合并略小，具体尺寸略。上电极形状如说明书附图7，用厚0.8mm紫铜板制成，外镀涂亮镍层，具体尺寸略。绝缘体设计略。主导热面板、下电极、整流芯片、上电极组装焊接后平面展开效果如说明书附图11所示。
(方案二)，三相、全波、额定电流50A、额定电压1000V、型号规格为“SKPBC5010”的低热阻桥式整流器主导热面板设计技术方案：
a、设计铝基覆铜箔板形状，如说明书附图4，正方形铝板厚1.5mm，边长27mm。铜箔厚度35微米。绝缘粘结层厚度100um，铝板与铜箔面之间耐电压≥2000V。绝缘粘结层导热系数选取1.0W/mk。板中心钻圆固定孔1个，直径5mm。铜箔分为二部分，板边缘铜箔向内刻蚀1mm，中心圆孔边缘铜箔向内刻蚀1mm，二部分铜箔间隙1mm，二部分铜箔总面积为500mm2。
b、计算铜箔与铝板间总热阻：
Rjc＝100×10-6m/(500×10-6m2×1.0W/mk)＝0.20度/W…………(式10)
c、设定铜箔面额定温度140度，铝板面额定温度100度，计算可耗散发热功率：
(140-100)度/(0.20度/W)＝200W…………(式11)
d、整流芯片正向电压降为1.1V，计算低热阻桥式整流器可通过的电流：
200W/(1.1V×2)＝90.9A…………(式12)
e、设定热安全系数和低热阻桥式整流器额定电流：
设定热安全系数为1.8，额定电流即90.9A除以1.8，为50A。
f、计算主导热面工作电流密度，为：
50A/(2.7cm×2.7cm)＝6.86A/cm2…………(式13)
g、方案二结论：上述设计，热安全系数为1.8，主导热面工作电流密度为6.86A/cm2，具备低热阻桥式整流器的特性。
其它设计：选用六只整流芯片参数：额定工作电流≥20A，额定工作电压≥1000V，额定工作结温≥150度，正向电压降≤1.1V。下电极形状如说明书附图6，用厚0.8mm紫铜板制成，外镀涂亮镍层，平面尺寸与铜箔相配合并略小，具体尺寸略。上电极形状如说明书附图8，用厚0.8mm紫铜板制成，外镀涂亮镍层，具体尺寸略。绝缘体设计略。主导热面板、下电极、整流芯片、上电极组装焊接后平面展开效果如说明书附图12所示。
将本说明书“背景技术”中的传统桥式整流器(前例)，与“具体实施方式”(方案一)中的低热阻桥式整流器(后例)相比较，可总结出低热阻桥式整流器的技术创新点：
1、前例(式2)的5.4度/W与后例(式6)的0.1818度/W相比较，二例中热阻的数值相差约30倍。低热阻桥式整流器结壳总热阻值只有传统产品的几十分之一。
2、前者的热安全系数是1，后者是2。低热阻桥式整流器的热安全系数比传统产品提高了一倍。
3、前例(式5)的0.638A/cm2与后例(式9)的6.86A/cm2相比较，二例中电流密度的数值相差约10倍，而二者的体积相近。低热阻桥式整流器电流容量比传统产品能提高一个数量级。
4、前者需备铝外壳和塑料支架，后者只需主导热面板；前者的绝缘填充材料必须兼有绝缘和导热二重性能，后者可选用相对价廉仅有绝缘性能的环氧树脂或硅橡胶材料。同体积的低热阻桥式整流器比传统产品的生产成本更低。
综上，使用新型材料“铝基覆铜箔板”制作主导热面板、生产低热阻桥式整流器是电力电子器件制造技术的一次重大进步。
说明书毕。

Claims (7)

1.一种铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器，其特征在于：所述低热阻桥式整流器由主导热面板(1)、下电极(2)、芯片(3)、上电极(4)、绝缘体(5)组成。
2.根据权利要求1所述的低热阻桥式整流器，其特征在于：所述主导热面板(1)，用铝基覆铜箔板制作；配合外接散热器，做成正方形、长方形、马蹄形等形状；额定电流与主导热面积比值取[(5～10安培/平方厘米)]；铝板厚度选用0.8～2毫米；铜箔厚度选用35～70微米；绝缘粘结层导热系数选用[0.8～3.0瓦/(米×度)]；铝板与铜箔面之间耐电压选取大于1500V。
3.根据权利要求1所述的低热阻桥式整流器，其特征在于：所述主导热面板(1)，有经过刻蚀的铜箔图形，各部分铜箔图形之间、铜箔与铝板外边缘、铜箔与铝板穿孔边缘间留有大于0.5毫米宽的间隙，无铜箔部位保留着无损伤的绝缘粘结层，各部分铜箔面积的大小与其连接的芯片发热量成正比。
4.根据权利要求1所述的低热阻桥式整流器，其特征在于：所述下电极(2)，呈薄片状，其平面尺寸与对应的铜箔图形相配合可略小，材料为紫铜板，表面镀涂镍、锡等易焊接金属层，厚度为0.5～1.0毫米，需与外界连接电源时，下电极边缘处设计有电源接线桩，弯折90度后，电源接线桩可垂直电极平面伸出低热阻桥式整流器体外，与外电路连接。
5.根据权利要求1所述的低热阻桥式整流器，其特征在于：所述上电极(4)，呈薄片或圆线状，材料为紫铜板或紫铜线，表面镀涂镍、锡等易焊接金属层，片状电极厚度和圆线状电极半径为0.5～1.0毫米，需与外界连接电源时，片状上电极边缘处设计有电源接线桩，弯折90度后，电源接线桩可垂直电极平面伸出低热阻桥式整流器体外，与外电路连接。
6.根据权利要求1所述的低热阻桥式整流器，其特征在于：直接装置在发电机体内的低热阻桥式整流器可做成平板式，安装在发电机的体壳体上，利用发电机壳体散热，其绝缘体是涂敷在芯片表面的普通绝缘硅橡胶。
7.根据权利要求1所述的低热阻桥式整流器，其特征在于：低热阻桥式整流器主导热面板(1)的设计技术方案：
a、设计铝基覆铜箔板形状、厚度、边长，铜箔厚度，绝缘粘结层厚度，铝板与铜箔面之间耐电压，选取绝缘粘结层导热系数，确定固定孔，确定铜箔分为几部分，板边缘铜箔向内刻蚀、孔边缘铜箔向内刻蚀、二部分铜箔间隙的距离，铜箔的总面积；
b、计算铜箔与铝板间总热阻；
c、设定铜箔面额定温度，铝板面额定温度，计算可耗散发热功率；
d、根据芯片正向电压降，计算低热阻桥式整流器可通过的电流；
e、设定热安全系数和低热阻桥式整流器额定电流；
f、计算主导热面工作电流密度；
g、根据热安全系数、主导热面工作电流密度，核定设计方案是否具备低热阻桥式整流器的特性。
CN2013100911838A 2013-03-08 2013-03-08 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器 Pending CN103199067A (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100911838A CN103199067A (zh) 2013-03-08 2013-03-08 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN2013100911838A CN103199067A (zh) 2013-03-08 2013-03-08 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器

Publications (1)

Publication Number Publication Date
CN103199067A true CN103199067A (zh) 2013-07-10

Family

ID=48721521

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN2013100911838A Pending CN103199067A (zh) 2013-03-08 2013-03-08 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN103199067A (zh)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105703632A (zh) * 2014-11-29 2016-06-22 刘志崇 节能型调压整流器
CN106356345A (zh) * 2016-11-24 2017-01-25 敦南微电子（无锡）有限公司 高导热大功率桥式整流器结构
CN106533190A (zh) * 2015-09-09 2017-03-22 程德明 Ad变流器

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5521124A (en) * 1995-04-04 1996-05-28 Tai; Chao-Chi Method of fabricating plastic transfer molded semiconductor silicone bridge rectifiers with radial terminals
CN201063344Y (zh) * 2007-06-08 2008-05-21 范涛 硅链模块
CN101496151A (zh) * 2005-07-12 2009-07-29 威世通用半导体公司 半导体器件以及制造半导体器件的方法
CN201576518U (zh) * 2010-01-19 2010-09-08 南京萨特科技发展有限公司 一种高功率精密贴片电阻
CN203103277U (zh) * 2013-03-08 2013-07-31 程德明 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5521124A (en) * 1995-04-04 1996-05-28 Tai; Chao-Chi Method of fabricating plastic transfer molded semiconductor silicone bridge rectifiers with radial terminals
CN101496151A (zh) * 2005-07-12 2009-07-29 威世通用半导体公司 半导体器件以及制造半导体器件的方法
CN201063344Y (zh) * 2007-06-08 2008-05-21 范涛 硅链模块
CN201576518U (zh) * 2010-01-19 2010-09-08 南京萨特科技发展有限公司 一种高功率精密贴片电阻
CN203103277U (zh) * 2013-03-08 2013-07-31 程德明 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
刘阳；孟晓玲: "高导热型铝基覆铜箔板的研制", 《覆铜板资讯》 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN105703632A (zh) * 2014-11-29 2016-06-22 刘志崇 节能型调压整流器
CN106533190A (zh) * 2015-09-09 2017-03-22 程德明 Ad变流器
CN106533190B (zh) * 2015-09-09 2019-05-21 程德明 Ad变流器
CN106356345A (zh) * 2016-11-24 2017-01-25 敦南微电子（无锡）有限公司 高导热大功率桥式整流器结构

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN106972762B (zh) 电源模块
CN109103159A (zh) 内嵌开关芯片的器件模组及其制作方法
US20210234082A1 (en) Heat conversion apparatus
CN102097417B (zh) 一种集成功率半导体功率模块
CN105609440A (zh) 功率半导体模块的制造方法及其中间装配单元
CN103199067A (zh) 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器
CN206059387U (zh) 一种并联芯片均流的功率模块
CN203103277U (zh) 铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器
CN208589485U (zh) 车辆、电池组及电池组极耳的冷却结构
CN115084058A (zh) 一种功率半导体器件封装结构
CN208045617U (zh) 电池模组及电动汽车
CN113782504B (zh) 一种集成散热器的功率模块简化封装结构及制作方法
CN106954343B (zh) 一种厚导体层的母排电路板的制作方法
CN208570361U (zh) 高散热电动汽车用薄膜电容器
CN208434206U (zh) 多层功率器件堆叠结构
WO2021056604A1 (zh) 功率型半导体器件封装结构的制备工艺
CN208060644U (zh) 一种电子负载测试装置
CN207800591U (zh) 增强散热型封装体
CN108878391A (zh) 智能功率模块结构及其制造方法
CN107275306A (zh) 封装中的堆叠整流器
CN208368274U (zh) 换流阀用强脉冲、超大功率电阻器
CN110326104A (zh) 功率切换模块、集成该功率切换模块的转换器及制造方法
CN213150759U (zh) 一种igbt芯片排布结构
CN201845770U (zh) 一种集成功率半导体功率模块
CN103107275B (zh) 一种led兼顾导热散热和绝缘耐压的装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C02 Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001)
WD01 Invention patent application deemed withdrawn after publication

Application publication date: 20130710