CN103633078A - 用于平板式功率半导体器件的压装装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于平板式功率半导体器件的压装装置，其包括：多个平行并列分布的半导体承载单元，半导体承载单元包括与多个平板式功率半导体器件彼此叠加而形成串的多个散热器，以及设在串的两端的绝缘件；设在半导体承载单元的两端并通过固定单元来连接的第一和第二压板；设在第一或第二压板上的顶压单元，顶压单元能够把承载单元以所需的压装力顶压在第一和第二压板之间。根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置不仅降低杂散电感而提高平板式功率半导体器件的工作效率，而且还可便于日后维修维护。

Description

用于平板式功率半导体器件的压装装置

技术领域

本发明涉及电力电子技术领域，尤其涉及一种用于平板式功率半导体器件的压装装置。

背景技术

在大功率变频系统中，考虑到输出能力、散热以及电磁兼容方面的等问题，通常选用平板型功率半导体器件。但对于平板型功率半导体器件而言，由于自身特性，需要在阴极和阳极之间施加一定的压装力，并且还需要保证该压装力能够均衡、持续地保持在这个范围内，这样才能使其电气性能得到最佳的工作状态。

目前，现有的平板式功率半导体器件大多都能够解决上述问题，但是其组成结构都为单串式。然而，当该单串式压装装置应用在多电平电路中时，为了满足大功率变频的需求，通过需要分散安装多个单串式压装装置。这样，不但会增加电路结构的体积，而且还会增加许多导线及相应母排，从而导致电路布局杂散而增大由线路引起的杂散电感。然而，由于平板式功率半导体器件对电路连接中杂散电感的分布要求极为苛刻，因此增大的杂散电感会影响其工作效率。此外，这种安装方式也不便于日后维修维护。

发明内容

本发明为了解决上述部分或全部技术问题，提供一种用于平板式功率半导体器件的压装装置，其不仅降低杂散电感而提高平板式功率半导体器件的工作效率，而且还可便于日后维修维护。

根据本发明，提供一种用于平板式功率半导体器件的压装装置，其包括：多个平行并列分布的半导体承载单元，半导体承载单元包括与多个平板式功率半导体器件彼此叠加而形成串的多个散热器，以及设在串的两端的绝缘件；设在半导体承载单元的两端并通过固定单元来连接的第一和第二压板；设在第一或第二压板上的顶压单元，顶压单元能够把承载单元以所需的压装力顶压在第一和第二压板之间。

在一个实施例中，固定单元包括多个成矩阵分布的且均穿过第一和第二压板的第一紧固件，以及用于把第一紧固件分别固定于第一和第二压板上的第二紧固件。

在一个实施例中，在第一紧固件与第一或第二压板之间的配合处设有用于阻止第一紧固件发生相对转动的定位件。

在一个实施例中，第一紧固件具有通入冷却液的流道。

在一个实施例中，第一和第二压板的外侧均固接有用于加强结构强度的加强板，在加强板上设有用于把该压装装置安装到能够安装该压装装置的电路中的安装部。

在一个实施例中，顶压单元包括延伸穿过第一或第二压板的移动件，以及设置在移动件和第一或第二压板之间的弹性件，在移动件的内部通过螺纹接合而与顶压件相连的顶压件，其中，顶压件能被促动而朝向绝缘件运动，并且导致移动件克服弹性件的作用力而沿相反方向运动。

在一个实施例中，在顶压件的螺纹端设有用于顶压绝缘件的平衡块，平衡块具有圆锥部，圆锥部的锥角等于90度。

在一个实施例中，顶压件的螺纹端设有球形面，而平衡块的中心处设有用于匹配连接球形面的球形坑。

在一个实施例中，移动件的小头端上设有用于标识由顶压单元顶压施压在半导体承载单元上的压力大小的压力标识机构。

在一个实施例中，固定单元包括四个成矩形矩阵分布的第一紧固件和十六个用于把第一紧固件分别固定在第一和第二压板上的第二紧固件，在第一和第二压板之间设有三个呈“品”字分布的半导体承载单元。

根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置，其不仅可以有效地保证平板式功率半导体器件所需的压装力，而且还可以降低产生的杂散电感，从而利于平板式功率半导体器件更好的工作。另外，该压装装置相对于传统上使用的压装装置具有更好的散热功能和平衡稳定地对平板式功率半导体器件施压的功能。此外，多个半导体承载单元可以单独拆装，从而利于损坏后的更换，即利于日后维修维护。

根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置100的结构简单、加工方便，安装容易，使用安全可靠，便于实施推广应用。

附图说明

在下文中将基于实施例并参考附图来对本发明进行更详细的描述。其中：

图1显示了根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置的结构示意图；

图2显示了根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置的顶压单元；

图3显示了根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置的卡接件。

在附图中，相同的部件使用相同的附图标记。附图并未按照实际的比例绘制。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明作进一步说明。

图1显示了根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置100。该压装装置100包括多个平行并列式分布的半导体承载单元1。半导体承载单元1包括串状结构。串状结构主要由多个相互叠加的平板式功率半导体器件13（简称半导体器件13）和散热器12组成。散热器12可用于散去工作中半导体器件13的热量使之稳定运行。而这种串状结构可以进一步加强散热器12的散热效果。

另外，半导体承载单元1还包括设在串状结构的两端的绝缘件11。绝缘件11可以有效地避免电能从半导体承载单元1传递给整个压装装置100，以便保证相关设备和人员的安全。

根据本发明，压装装置100还包括设置在多个半导体承载单元1的两端的第一压板2和第二压板6。第一压板2和第二压板6通过固定单元33来实现彼此间隔开的设置，以便容纳并固定半导体承载单元1。第一压板2和第二压板6优选为铝合金材料制成，这样不仅可以减轻重量，而且还可以保证其具有足够的强度和刚度。为进一步增强第一压板2和第二压板6的强度，可以在第一压板2和第二压板6的外侧分别固接加强板5。加强板5可设有安装部52，并在安装部52上构成出通孔51。安装部52及通孔51不但可以方便压装装置100安装在电路系统中，而且还可以方便其运输。容易理解，加强板6可优选由钢制成。

在该实施例中，固定单元3包括穿过第一压板2和第二压板6的多个第一紧固件31。多个第一紧固件31通常成矩阵式分布，例如矩形矩阵、圆形矩阵等。另外，固定单元3还包括第二紧固件32。第二紧固件32即可以把第一紧固件31与第一压板2牢固地固定在一起，又可以把第一紧固件31与第二压板6牢固地固定在一起。因此，第一压板2和第二压板6能够被固定单元3牢固固定。另外，多个第一紧固件31的分布形式应该充分考虑与串状结构之间的距离，保证留有足够的间隙以适应高压、大电流的电气设计要求。

第一紧固件31和第二紧固件32例如分别选择为螺杆和螺母。为了便于第二紧固件32（即螺母）安装，可在第一紧固件31与第一压板2之间的配合处设有定位件21，其优选为键。定位件21可以有效地阻止第一紧固件31与第一压板2发生相对转动，由此便于第二紧固件32的安装。在一个实施例中，第一紧固件31可构造有供流体流通的流道（未示出）。当流道内部通入冷却液时，可以有效地带走由半导体承载单元1散出的热量，从而利于半导体承载单元1更好、更稳定的工作。

如图2所示，根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置100还包括顶压单元4。顶压单元4包括设在第一压板2和/或第二压板6上的移动件41。移动件41大致构造成“T”型，其小头端411用于穿过第二压板6，而大头端412用于间接地连接半导体承载单元1。在移动件41上，第二压板6与移动件41的大头端412之间可设有弹性件46。弹性件46可选为弹簧，尤其为蝶形弹簧。移动件41的小头端411处构造有沿轴向向内凹陷的空腔413，并在空腔413的底端上设有沿轴向穿出大头端412的顶压件43。顶压件43通过螺纹与移动件41相连接，使得其可以在旋转后顶压绝缘件11。

在顶压件43的螺纹端431与绝缘件11之间设有平衡块44。平衡块44能够把来自于顶压件43压力平衡地传递给半导体承载单元1。为了提高平衡块44的平衡能力，顶压件43的螺纹端431构成球形面，而平衡块44的中心处构造成能够匹配式容纳球形面的球形坑。然而，顶压件43应该选用机械特性较好的材料（例如45钢、40Cr等）并进行适当的热处理保证球面具有足够的硬度以抵抗压装过程中摩擦。通过大量实验验证，当平衡块44的圆锥部441的锥角构成90度时，所述平衡块44的平衡效果最佳。

为了更好地控制平板式功率半导体器件13所需的压装力，移动件41的小头端411上可设有压力标识机构。压力标识机构能够标示移动件41的小头端411的穿出量，由此便可有效地控制由顶压单元4施压在半导体承载单元1上的压力大小。在一个实施例中，压力标识机构包括设在移动件41的小头端411上的沿其轴向分布的标尺，通过标示可以知道顶压在半导体承载单元1上的压力大小。在另一个实施例中，压力标识机构包括设在移动件41的小头端411的固定位置的轴向槽414，以及用于卡入到轴向槽414内的卡接件42，其在图2和3中能够清晰地示出。这种卡接方式的安装简单快速且可靠度高，最重要是其能够充分标示出由顶压单元4施压在半导体承载单元1上的压力大小。

在该实施例中，固定单元33由4个第一紧固件31组成。4个第一紧固件31成矩形矩阵式分布，即其分别设在矩形的边角处。而第二紧固件32优选与第一紧固件31通过螺纹连接，也就是通过16个第二紧固件32把第二紧固件32分别固定于第一压板2和第二压板6上。通过大量计算和实验验证，当优选的3个半导体承载单元1呈“品”分布时，半导体器件13的工作效率最高。但是，3个半导体承载单元1必须得分别设在3条相邻的由4个第一紧固件31构成矩形的边上。

以下介绍根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置100的安装操作。首先，组装半导体承载单元1。把半导体器件13和散热器12相互叠加并成串，之后在串的两端连接绝缘件11。其次，由半导体承载单元1的总长确定第一压板2与第二压板6之间的间隔距离，然后通过固定单元33把其牢固固定，并在确保间隔距离的情况下使其彼此平行。再次，再把多个半导体承载单元1分别安放到第一压板2与第二压板6之间，通过顶压单元4使其牢固固定。其中，顶压单元4是通过旋转顶压件43来顶压平衡块44，之后在平衡块44的传递作用顶压半导体承载单元1。与此同时，移动件41会克服弹性件46的作用力而沿垂直于第二压板6的方向穿出小头端411。当卡接件4恰好能够卡住穿过第二压板6的移动件41的小头端411时，这就证明了整套安装完成，即把半导体器件13以所需的压装力安装在该压装装置100中。

根据本发明的用于平板式功率半导体器件的压装装置100，其不但可以有效地保证平板式功率半导体器件所需的压装力，而且还可以降低产生的杂散电感，从而利于平板式功率半导体器件更好的工作。另外，该压装装置100相对于传统上使用的压装装置具有更好的散热功能和平衡地施压平板式功率半导体器件的功能。此外，多个半导体承载单元1可以单独拆装的特性，利于使用损坏后的更换。

根据本发明的于平板式功率半导体器件的压装装置100的结构简单、加工方便，安装容易，使用安全可靠，便于实施推广应用。

虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。

Claims (10)

1.一种用于平板式功率半导体器件的压装装置，包括：

多个平行并列分布的半导体承载单元，所述半导体承载单元包括与多个所述平板式功率半导体器件彼此叠加而形成串的多个散热器，以及设在所述串的两端的绝缘件，

设在所述半导体承载单元的两端并通过固定单元来连接的第一和第二压板，

设在所述第一或第二压板上的顶压单元，所述顶压单元能够把所述承载单元以所需的压装力顶压在所述第一和第二压板之间。

2.根据权利要求1所述的压装装置，其特征在于，所述固定单元包括多个成矩阵分布的且均穿过所述第一和第二压板的第一紧固件，以及用于把所述第一紧固件分别固定于所述第一和第二压板上的第二紧固件。

3.根据权利要求2所述的压装装置，其特征在于，在所述第一紧固件与第一或第二压板之间的配合处设有用于阻止所述第一紧固件发生相对转动的定位件。

4.根据权利要求3所述的压装装置，其特征在于，所述第一紧固件具有通入冷却液的流道。

5.根据权利要求4所述的压装装置，其特征在于，所述第一和第二压板的外侧均固接有用于加强结构强度的加强板，所述加强板设有用于把所述压装装置安装到能够安装所述压装装置的电路中的安装部。

6.根据权利要求1到5中任一项所述的压装装置，其特征在于，所述顶压单元包括延伸穿过所述第一或第二压板的移动件，以及设置在所述移动件和所述第一或第二压板之间的弹性件，在所述移动件的内部通过螺纹接合而与顶压件相连的顶压件，

其中，所述顶压件能被促动而朝向所述绝缘件运动，并且导致所述移动件克服所述弹性件的作用力而沿相反方向运动。

7.根据权利要求6所述的压装装置，其特征在于，在顶压件的螺纹端设有用于顶压所述绝缘件的平衡块，所述平衡块具有圆锥部，所述圆锥部的锥角等于90度。

8.根据权利要求6或7所述的压装装置，其特征在于，所述顶压件的螺纹端设有球形面，而所述平衡块的中心处设有用于匹配连接所述球形面的球形坑。

9.根据权利要求6到8中任一项所述的压装装置，其特征在于，所述移动件的小头端上设有用于标识由所述顶压单元顶压施压在所述半导体承载单元上的压力大小的压力标识机构。

10.根据权利要求1到9中任一项所述的压装装置，其特征在于，所述固定单元包括四个成矩形矩阵分布的所述第一紧固件和十六个用于把所述第一紧固件分别固定在第一和第二压板上的第二紧固件，在所述第一和第二压板之间设有三个呈“品”字分布的所述半导体承载单元。

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