CN103346130B - Gct门极绝缘座及门极组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种GCT门极绝缘座及门极组件，所述绝缘座为单向开口的腔体，所述腔体包括内侧壁、外侧壁和底部，所述外侧壁包括若干个间断的外子侧壁，所述内侧壁的内表面和/或所述外侧壁的至少一个外子侧壁的外表面呈阶梯式结构，即该内侧壁的内表面和/或外侧壁的外表面具有至少一个台阶。在GCT元件封装时，与绝缘座配合的内外阴极钼片可以放置在该台阶上，这样不仅可以减小绝缘座与阴极钼片之间的间隙而且可为阴极钼片提供一定的预紧力，从而限定阴极钼片的横向偏动和纵向偏动。通过该台阶对阴极钼片的限制，避免了阴极钼片与绝缘座之间的挤压变形而引发的器件门极和阴极之间的短路，确保了GCT元件的封装合格率。

Description

GCT门极绝缘座及门极组件

技术领域

本发明涉及半导体器件领域，尤其涉及一种GCT门极绝缘座及门极组件。

背景技术

目前，IGCT(集成门极换流晶闸管)器件作为单管容量最大的全控型功率器件，因其容量大、开关速度快、开关损耗低及di/dt耐量高等优越性能，广泛地应用于诸如轻型直流输电、智能电网、电力变流器。电力逆变器等领域，前景广阔，未来发展空间巨大。

IGCT器件主要由GCT元件以及与之引出电极相连接的驱动电路板组成，其中，GCT元件是IGCT器件的核心部件，至关重要。GCT元件主要由半导体开关芯片和封装管壳构成，而封装管壳包括管座、门极组件、阴极钼片、阳极钼片、管盖等，其中，门极组件则主要由垫片、弹簧、绝缘座及环形门极等组成。绝缘座是门极组件中的核心零件，其它零件的设计都是围绕绝缘座进行，因此绝缘座的设计对于整个IGCT器件来说也显得非常重要。

绝缘座主要用于保证芯片门极和阴极之间的电绝缘，因此在封装管壳的结构中绝缘座必须隔离管座铜块、阴极钼片与环形门极之间的接触。因此，绝缘座通常为形成有一个单向开口的腔体，典型的截面结构为U型结构，结构示意图如图1(1)至图1(3)所示，图1(1)是绝缘座的立体示意图，图1(2)是绝缘座的俯视图，图1(3)是绝缘座的A-A向剖面图。该绝缘座的内侧壁11的内表面和外侧壁12的外表面为平整结构，该绝缘座的截面结构为直筒结构，与之配合的内外阴极钼片位置不能固定，该内外阴极钼片能够发生小幅串动，有可能导致绝缘座挤压变形从而引发器件门极和阴极之间的短路。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种GCT门极绝缘座及门极组件，以克服由于上述绝缘座不能有效地限定内外阴极钼片的位置，容易引起门极和阴极之间的短路的问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用了如下技术方案：

一种GCT门极绝缘座，所述绝缘座为单向开口的腔体，所述腔体包括内侧壁、外侧壁和底部，所述外侧壁包括若干个间断的外子侧壁，所述内侧壁的内表面和/或所述外侧壁的至少一个外子侧壁的外表面呈阶梯式结构。

较优地，所述阶梯式结构包括一个台阶，所述台阶的水平面将其所在的所述内侧壁和/或所述外侧壁的外子侧壁分为第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分的上方。

较优地，在所述内侧壁的第一部分的内表面上和/或所述外侧壁的外子侧壁的第一部分的外表面上设置有加强筋。

较优地，所述绝缘座还包括至少一个位于所述底部的限位块。

较优地，所述限位块包括向下突出的第一限位子块和向外侧面突出的第二限位子块。

较优地，所述限位块均匀分布在所述绝缘座的底部。

较优地，所述限位块为4个。

较优地，所述绝缘座的材料为添加有聚酰胺纤维的聚苯硫醚。

较优地，所述绝缘座采用注塑成型方法制成。

较优地，所述内侧壁包括若干个间断的内子侧壁。

一种GCT门极组件，从下向上依次包括下垫片、下弹性垫片、上弹性垫片、上垫片、绝缘座、内垫片以及环形门极，所述绝缘座为上述任一项所述的绝缘座的结构。

较优地，所述下弹性垫片和所述上弹性垫片的结构为类似碟簧的结构。

本发明提供的GCT门极绝缘座，包括内侧壁和外侧壁，该内侧壁的内表面和/或外侧壁的外表面呈阶梯式结构。即该内侧壁的内表面和/或外侧壁的外表面具有至少一个台阶。在GCT元件封装时，与绝缘座配合的内外阴极钼片可以放置在该台阶上，这样不仅可以减小绝缘座与阴极钼片之间的间隙限定阴极钼片的横向偏动，而且可以在封装成的GCT元件中由于弹性垫片的弹力作用通过绝缘座会给阴极钼片提供一个预紧力，避免了在搬动翻转器件时造成的阴极钼片的纵向偏动。通过该台阶对阴极钼片的限制，避免了阴极钼片与绝缘座之间的挤压变形而引发的器件门极和阴极之间的短路，确保了GCT元件的封装合格率。

附图说明

为了清楚地理解本发明或现有技术的技术方案，下面将对本发明实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1(1)至图1(3)是现有技术中绝缘座的结构示意图；

图2(1)和图2(2)是现有技术中的GCT门极组件结构示意图；

图3(1)和图3(2)是现有技术中的GCT元件结构示意图；

图4(1)至图4(3)是本发明实施例的绝缘座结构示意图；

图5是本发明实施例的GCT门极组件的结构示意图；

图6至图10是本发明实施例的GCT元件组装示意图。

具体实施方式

以下将结合附图所示的具体实施方式对本发明进行详细描述。但这些实施方式并不限制本发明，本领域的普通技术人员根据这些实施方式所做出的结构、方法或功能上的变换均包含在本发明的保护范围内。

现有技术中，常用的门极组件如图2(1)所示，该门极组件3包括绝缘座21、下垫片22、波形弹簧23、上垫片24以及环形门极25。在绝缘座21的U型腔内部依次放入下垫片22、波形弹簧23、上垫片24以及环形门极25从而组装成门极组件，组装后的门极组件3如图2(2)所示。

现有的GCT元件如图3(1)和图3(2)所示，图3(1)是GCT元件的剖面图，图3(2)是GCT元件的截面图。该GCT元件由绝缘座21等部件组成的门极组件3装入管座1阴极铜块的门极凹槽，与管座1配合，且与之后装入的外阴极钼片2和内阴极钼片5形成配合。整个门极组件3依靠绝缘座21进行电绝缘，依靠波性弹簧进行压力的传递。由于绝缘座21内侧壁11的内表面上和外侧壁12的外表面为平整结构，其上不具有对内外阴极钼片定位的结构部件，而且由于这些部件在加工和装配过程中不可避免地会存在一些误差，造成这些部件彼此之间会形成一定的间隙，容易导致内外阴极钼片的偏动，导致绝缘座21挤压变形从而引发器件门极和阴极之间的短路。

为了解决上述技术问题，发明人发明了一种新的GCT门极绝缘座，如图4(1)和图4(2)所示，该绝缘座40为单向开口的腔体，该腔体包括内侧壁41、外侧壁42和腔体的底部43。其中外侧壁42是非连续的，包括若干个间断的子侧壁，每相邻两个子侧壁之间留有一开口。这是因为在GCT元件中，门极组件必须要与GCT元件上的管座上的门极引出环形成一个良好的电气连接，所以绝缘座的外侧壁42上必须留有开口方便管座上的门极引出环引入到门极组件中。另外，该腔体内侧壁41可以是连续的，也可以是间断的，连续的内侧壁有利于提高绝缘座的绝缘性，而当内侧壁是不连续的，其包括若干个间断的子侧壁时，这种结构更加方便加工。本发明实施例以及图4(1)示例的绝缘座以内、外侧壁均为不连续的侧壁为例进行说明。

为了能够定位阴极钼片的位置，如图4(3)绝缘座内侧壁41的至少一个子侧壁的内表面和/或外侧壁42的至少一个子侧壁的外表面呈阶梯式结构。该阶梯式结构包括至少一个台阶。为了准确定位和加工的方便，该阶梯式结构可以仅包括一个台阶，在封装GCT元件时，将内阴极钼片放置在内侧壁41的内表面的台阶411上，和/或，将外阴极钼片放置在外侧壁42的外表面的台阶421上，由于台阶具有一定的宽度，放置在台阶上面的阴极钼片的位置相较于现有技术是相对固定的。在封装成的GCT元件中，弹性垫片的弹力通过绝缘座会给阴极钼片提供一个预紧力，可以避免在搬动翻转器件时造成的阴极钼片的纵向偏动。通过该台阶对阴极钼片的限制，避免了阴极钼片与绝缘座之间的挤压变形而引发的器件门极和阴极之间的短路，确保了GCT元件的封装合格率。

作为本发明的优选实施例，为了更准确地对内外阴极钼片的定位，优选内侧壁41的每个子侧壁的内表面和外侧壁42的每个子侧壁的外表面均为阶梯式结构，并且进一步地，为了绝缘座加工的方便，内侧壁41的每个子侧壁上内表面上和外侧壁42的每个子侧壁的外表面上仅包括一个台阶。并且内侧壁41上的台阶位于同一水平面上，外侧壁42上的台阶也位于同一水平面上。同时，这种结构也有利于GCT元件的封装。

上述所述的绝缘座能够提供对内外阴极钼片定位的作用，但是由于侧壁的阶梯式结构使得绝缘座的内、外侧壁上的位于台阶水平面之上的侧壁部分的厚度小于位于台阶水平面之下的侧壁部分的厚度，使得位于台阶水平面之上的侧壁部分的强度相对较小。

为了弥补位于台阶水平面之上的侧壁的强度，作为本发明的另一优选实施例，还可以在侧壁上设置加强筋。为了方便描述，将侧壁分为第一部分和第二部分，具体地，位于台阶水平面之上的侧壁部分为第一部分，位于台阶水平面之下的侧壁部分为第二部分。如前所述，位于台阶水平面之上的侧壁部分即第一部分的厚度小于位于台阶水平面之下的侧壁部分即第二部分的厚度。这样就会使得第一部分的强度小于第二部分的强度，为了弥补第一部分的强度，可以在内侧壁的子侧壁的第一部分的内表面上设置第一竖直加强筋412，在外侧壁的子侧壁的第一部分的外表面上设置第二竖直加强筋422。该第一竖直加强筋412和第二竖直加强筋422还可以对与绝缘座配合的内、外阴极钼片起到定位的作用。该加强筋的宽度不宜太宽，数量也不宜太多，否则有可能导致阴极钼片与绝缘座之间的干涉。

作为本发明的另一实施例，在绝缘座的底部43还可以包括至少一个限位块431。进一步地，该限位块431包括向下突出的第一限位子块4311和向外侧面突出的第二限位子块4312。该第一限位子块4311可以用来限定门极配件的位置，通过限定绝缘座下部的门极配件的位置进而限制门极组件的偏移，确保芯片上的压力均匀可靠。第二限位子块4312依靠其与管座阴极铜块上设计的凹槽相互配合，从而限定绝缘座与元件管座之间的偏动。该限位块的个数可以为多个，例如可以为4个。优选该多个限位块均匀分布在绝缘座的底部。

本发明提供的绝缘座采用注塑成型工艺成型。根据需要，可以选用的成型材料优选为添加有一定比例的聚酰胺纤维(尼龙)的聚苯硫醚。该材料能够确保成型的绝缘座具有尺寸误差小、强度高、高温稳定性好的优点。

另外，本发明提供的绝缘座结构能够扩大元件管座中的阴极铜块的门极凹槽宽度，使得凹槽宽度达到10mm左右，因此，相应地，该绝缘座的厚度可以相应增大，进而提高了绝缘座的强度。而且，本实施例提供的绝缘座的整体高度小于6mm，相较于现有技术中的绝缘座高度(10mm左右)要小，因而，该整体高度的减小也进一步提高了绝缘座的强度。

相应地，本发明还提供了一种GCT元件的门极组件，如图5所示，该门极组件由上向下依次包括下垫片51、下弹性垫片52、上弹性垫片53、上垫片54、绝缘座55、内垫片56以及环形门极57。其中绝缘座55采用上述任一实施例所述的绝缘座结构。而且，优选地，下弹性垫片52和上弹性垫片53可以采用类似碟簧的结构，这样上、下弹性垫片以对合方式来承载门极的压力，使得GCT元件的门极压力得到提高，并确保均匀可靠。

上述GCT门极组件和其他配件如管座、阴极钼片、阳极钼片以及管盖共同组装成GCT元件封装管壳。

具体的组装方法如下：

成型后的绝缘座必须经过清洗、高温烘烤、检查、酒精清洗、烘干等步骤后再进行封装。

在封装过程中，一方面通过绝缘座55底部的第一限位子块4311，限制上弹性垫片53和上垫片54的横向偏移，以便于各门极零件中心线的一致性，从而确保压力的均匀传递；另一方面，依靠绝缘座向外突出的第二限位子块4312与管壳阴极铜块之间的配合，定位绝缘座55并限制其倾斜与偏转，确保环形门极57与芯片门极之间的良好接触。图6为绝缘座55与上垫片54和上弹性垫片53之间的配合示意图。图7是绝缘座55与管座71阴极铜块72之间的配合示意图。

将内、外阴极钼片卡入绝缘座的台阶结构上，然后在封装时，依靠上、下弹性垫片53和54提供的压力，使得绝缘座55给内、外阴极钼片81一个向上的预紧力，从而确保内、外阴极钼片81在绝缘座55与GCT芯片82之间形成的空隙内不能发生纵向偏动，并且由于绝缘座55对内、外阴极钼片81横向偏动的限制，从根本上杜绝了因高温膨胀引起内、外阴极钼片81与绝缘座55之间发生挤压导致的门极与阴极短路故障。绝缘座55与内、外阴极钼片81以及GCT芯片82之间的配合示意图如图8所示。

参见图9和图10，封装好门极组件以及阴极钼片81后，放入GCT芯片82以及阳极钼片91，然后装入衬带以及定位销，再封装上管盖101，放入冷压焊模具中进行冷压焊操作，从而形成完整的GCT元件产品。

应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施方式中的技术方案也可以经适当组合，形成领域技术人员可以理解的其它实施方式。

上文所列出的一系列的详细说明仅仅是针对本发明的可行性实施方式的具体说明，他们并非用以限制本发明的保护范围，凡未脱离本发明构思所做的等效实施方式或变更均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (12)

1.一种GCT门极绝缘座，所述绝缘座为单向开口的腔体，所述腔体包括内侧壁、外侧壁和底部，所述外侧壁包括若干个间断的外子侧壁，其特征在于，所述内侧壁的内表面和/或所述外侧壁的至少一个外子侧壁的外表面呈阶梯式结构。

2.根据权利要求1所述的绝缘座，其特征在于，所述阶梯式结构包括一个台阶，所述台阶的水平面将其所在的所述内侧壁和/或所述外侧壁的外子侧壁分为第一部分和第二部分，所述第一部分位于所述第二部分的上方。

3.根据权利要求2所述的绝缘座，其特征在于，在所述内侧壁的第一部分的内表面上和/或所述外侧壁的外子侧壁的第一部分的外表面上设置有加强筋。

4.根据权利要求1至3任一项所述的绝缘座，其特征在于，所述绝缘座还包括至少一个位于所述底部的限位块。

5.根据权利要求4所述的绝缘座，其特征在于，所述限位块包括向下突出的第一限位子块和向外侧面突出的第二限位子块。

6.根据权利要求4所述的绝缘座，其特征在于，所述限位块均匀分布在所述绝缘座的底部。

7.根据权利要求4所述的绝缘座，其特征在于，所述限位块为4个。

8.根据权利要求1至3任一项所述的绝缘座，其特征在于，所述绝缘座的材料为添加有聚酰胺纤维的聚苯硫醚。

9.根据权利要求1至3任一项所述的绝缘座，其特征在于，所述绝缘座采用注塑成型方法制成。

10.根据权利要求1至3任一项所述的绝缘座，其特征在于，所述内侧壁包括若干个间断的内子侧壁。

11.一种GCT门极组件，从下向上依次包括下垫片、下弹性垫片、上弹性垫片、上垫片、绝缘座、内垫片以及环形门极，其特征在于，所述绝缘座为权利要求1～10任一项所述的绝缘座的结构。

12.根据权利要求11所述的门极组件，其特征在于，所述下弹性垫片和所述上弹性垫片的结构为碟簧的结构。