CN105006955A - Igto封装结构 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种IGTO封装结构，包括GTO器件、驱动电路板，所述GTO器件包括绝缘壳体，绝缘壳体的顶部中间为GTO器件的阳极兼做IGTO器件的阳极；GTO器件绝缘壳体的外侧面上设有两道上下间隔的环形结构，上一道环形结构为GTO器件的门极环，下一道环形结构为GTO器件的阴极环；GTO器件的阴极环不连续，至少开有一处缺口；GTO器件的阴极环通过缺口先卡入一部分进入驱动电路板上的安装孔中，再旋转使得GTO器件卡入驱动电路板的安装孔中，且GTO器件的阴极环和门极环分别位于驱动电路板的反面和正面，GTO器件门极环和阴极环分别与驱动电路板正反面的第一电连接区紧密接触电连接。本发明引线电感小，而散热性能佳，也方便压接使用。

Description

IGTO封装结构

技术领域

本发明涉及一种电子器件封装结构，尤其是一种IGTO器件的封装结构。

背景技术

可关断晶闸管GTO（Gate Turn-Off Thyristor）亦称门控晶闸管。普通晶闸管（SCR）靠门极正信号触发之后，撤掉信号亦能维持通态。欲使之关断，必须切断电源，使正向电流低于维持电流，或施以反向电压强近关断。这就需要增加换向电路，不仅使设备的体积重量增大，而且会降低效率，产生波形失真和噪声。可关断晶闸管（GTO）克服了上述缺陷，它既保留了普通晶闸管耐压高、电流大等优点，又具有自关断能力，因而在使用上比普通晶闸管方便，是理想的高压、大电流开关器件。大功率可关断晶闸管已广泛用于斩波调速、变频调速、逆变电源等领域。

IGTO器件是由GTO和配套的驱动电路共同组成，原理如图1所示，GTO器件和驱动用的MOS开关管（图1中的S1、S2、S3）连接；GTO器件的驱动电路做在一块驱动电路板（PCB板）上，GTO器件是一个分离的圆饼型器件，GTO器件与驱动电路板之间不仅需要可靠的电气连接，还要求这种电气连接的引线电感降到最小，驱动电路上的损耗发热也能通过这种电气连接传导至GTO上的散热器。

另外考虑应用时，IGTO是一个压接型器件，封装设计需要兼顾IGTO压接使用的需要。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种IGTO封装结构，大大缩短了GTO器件至驱动电路板的引线，可显著减小引线电感；并且GTO器件与驱动线路板连接牢固稳定，散热效果好，封装好的ITGO器件也便于压接使用。本发明采用的技术方案是：

一种IGTO封装结构，包括GTO器件、驱动电路板，所述GTO器件卡在驱动电路板上的安装孔中，且GTO器件的门极和阴极与驱动电路板电连接。

具体地，所述GTO器件包括绝缘壳体，绝缘壳体的顶部中间为GTO器件的阳极兼做IGTO器件的阳极；GTO器件绝缘壳体的外侧面上设有两道上下间隔的环形结构，上一道环形结构为GTO器件的门极环，下一道环形结构为GTO器件的阴极环；GTO器件的阴极环不连续，至少开有一处缺口；GTO器件的阴极环通过缺口先卡入一部分进入驱动电路板上的安装孔中，再旋转使得GTO器件卡入驱动电路板的安装孔中，且GTO器件的阴极环和门极环分别位于驱动电路板的反面和正面；

在GTO器件的门极环和阴极环上分别开有位置对应的第一固定孔；

在驱动电路板上一侧开有一个安装孔，安装孔周围一圈的驱动电路板正面和反面设有第一电连接区；在驱动电路板安装孔周围的第一电连接区中开有与GTO器件上第一固定孔位置相对应的第二固定孔；

GTO器件卡入驱动电路板的安装孔后，GTO器件门极环和阴极环上的第一固定孔与驱动电路板上的第二固定孔对位并用绝缘螺丝紧固，使得GTO器件门极环和阴极环分别与驱动电路板正反面的第一电连接区紧密接触电连接。

进一步地，所述的IGTO封装结构，还包括一个导电衬底；在驱动电路板反面固定导电衬底，导电衬底为类托盘型结构，将GTO器件的底部覆盖保护，且与GTO器件底部之间设有绝缘垫；导电衬底与驱动电路板的接触部位电连接，用作IGTO器件的阴极。

更进一步地，导电衬底底部为平坦区，从底部平坦区外沿向上并向外延伸出衬底连接部，在衬底连接部上开有第三固定孔；而在驱动电路板上开有与第三固定孔位置对应的第四固定孔；驱动电路板反面第四固定孔周围设有与导电衬底的接触的第二电连接区。

进一步地，所述的IGTO封装结构，还包括一个保护罩；保护罩为半开放结构，包括上保护罩和下保护罩；保护罩仅将GTO器件和驱动电路板的非压接区域覆盖保护；下保护罩上一侧设有开孔，用于容纳导电衬底；下保护罩的开孔周围设有与衬底连接部上的第三固定孔位置相对应的第五固定孔；使用导电螺丝穿过第五固定孔、第三固定孔、第四固定孔，将驱动电路板、导电衬底和下保护罩一起固定，且使得导电衬底的衬底连接部与驱动电路板反面的第二电连接区紧密接触电连接。

更优地，GTO器件的阴极环上最大的一个缺口所对应的圆心角大于25度。

具体地，GTO器件门极环和阴极环的材料为铜箔。

本发明的优点在于：

1）GTO器件与驱动电路板的连接结构，使得GTO器件的门极、阴极与驱动电路板的连接引线可缩减至最短，最大限度减小GTO与驱动电路板上的MOS开关管的引线电感，这种方式的引线电感小于20nH；而环形结构的接触面使得GTO器件与驱动电路板连接接触面积大，电气连接稳定可靠，同时也有利于热传导。

2）导电衬底连接驱动线路板用作IGTO器件的阴极，同时可起到良好散热作用，与传统的GTO相比，GTO器件、MOS开关管产生的热量均能通过导电衬底传递至散热器。

附图说明

图1为IGTO器件原理图。

图2为本发明的GTO器件外形示意图。

图3为本发明的GTO器件阴极示意图。

图4a和图4b分别为本发明的驱动电路板正面和反面示意图。

图5为本发明的封装结构爆炸图。

具体实施方式

下面结合具体附图和实施例对本发明作进一步说明。

本发明提出的IGTO封装结构，包括GTO器件1、驱动电路板2、导电衬底3和保护罩4；

GTO器件1如图2所示，总体成圆饼型，包括陶瓷绝缘壳体101，绝缘壳体101的顶部中间为GTO器件的阳极102兼做IGTO器件的阳极；GTO器件绝缘壳体101的外侧面上设有两道上下间隔的环形结构，上一道环形结构为GTO器件的门极环103，下一道环形结构为GTO器件的阴极环104；附图1中的标记103和104也就是GTO的门极和阴极；而传统的GTO门极引出线为一根4平方毫米的铜线；GTO器件的门极环103和阴极环104都为铜箔，表面镀锡或镀银；

GTO器件的阴极环104不连续，至少开有一处缺口105；本例中，如图3所示，GTO器件的阴极环104开有四处缺口，最大的一个缺口所对应的圆心角最好大于25度。由于铜箔有弹性，因此GTO器件的阴极环104可以通过最大缺口先卡入一部分进入驱动电路板2上的安装孔中，再旋转使得GTO器件1卡入驱动电路板2的安装孔中，且GTO器件的阴极环104和门极环103分别位于驱动电路板2的反面和正面；

为了将GTO器件1与驱动电路板2固定，在GTO器件的门极环103和阴极环104上分别开有位置对应的第一固定孔106；

驱动电路板2如图4a和图4b所示，驱动电路板2上设有与GTO器件1相关的MOS开关管（图4a和图4b中未画出S2、S3），在驱动电路板2上一侧开有一个安装孔201，安装孔201周围一圈的驱动电路板正面和反面均覆铜，作为第一电连接区202；在驱动电路板2安装孔201周围的第一电连接区202中开有与GTO器件1上第一固定孔106位置相对应的第二固定孔203；（注意第一电连接区202正反面是不连通的，否则GTO的门极和阴极就短路了）

GTO器件1卡入驱动电路板2的安装孔201后，GTO器件门极环103和阴极环104上的第一固定孔106与驱动电路板2上的第二固定孔203对位并用绝缘螺丝5紧固，如图5所示，使得GTO器件门极环103和阴极环104分别与驱动电路板2正反面的第一电连接区202紧密接触电连接；从而GTO器件1的门极和阴极可连接驱动电路板2上的其它元件，比如GTO器件1的阴极与MOS开关管S2和S3相连。

GTO器件1与驱动电路板2的上述连接结构，使得GTO的门极、阴极与驱动电路板的连接引线可缩减至最短，最大限度减小GTO与驱动电路板上的MOS开关管S3和S2的引线电感，这种方式的引线电感小于20nH；而环形结构的接触面使得连接接触面积大，电气连接稳定可靠，同时也有利于热传导，驱动电路板2上的MOS开关管产生的部分热量可通过这种连接结构传导到GTO器件1上，通过压接在GTO器件1阳极102上的较大尺寸的电极金属实现快速散热。

在驱动电路板2反面固定导电衬底3，导电衬底3为类托盘型结构，将GTO器件1的底部覆盖保护，且与GTO器件1底部之间设有绝缘垫6；导电衬底3与驱动电路板2的接触部位电连接，从而可与驱动电路板2上MOS开关管的源极电连接，用作IGTO器件（即封装好的整体器件）的阴极；

具体地，导电衬底3为铝制，底部为平坦区，从底部平坦区外沿向上并向外延伸出衬底连接部301，在衬底连接部301上开有第三固定孔302；而在驱动电路板2上开有与第三固定孔302位置对应的第四固定孔204；驱动电路板反面第四固定孔204周围覆铜，作为与导电衬底3的接触的第二电连接区205；

保护罩4为半开放结构，包括上保护罩41和下保护罩42；保护罩4仅将GTO器件1和驱动电路板2的非压接区域（图5中的IGTO器件整体结构的左半部）覆盖保护；下保护罩42上一侧设有开孔421，用于容纳导电衬底3；下保护罩42 的开孔421周围设有与衬底连接部301上的第三固定孔302位置相对应的第五固定孔422；使用导电螺丝7（金属螺丝即可）穿过第五固定孔422、第三固定孔302、第四固定孔204，可将驱动电路板2、导电衬底3和下保护罩42一起固定，且使得导电衬底3的衬底连接部301与驱动电路板反面的第二电连接区205紧密接触电连接。

按照图5所示，整个封装好的结构称之为IGTO器件，IGTO器件的阳极和阴极上文已经介绍，IGTO器件的门极则不需要压接方式接出；GTO器件1的门极环103与驱动电路板2连接，驱动电路板2上设有门极驱动电路（未画出）。

整个IGTO器件主功率部分采用双面压接方式可应用在大功率电力电子能源转换设备中，与传统的GTO相比，GTO器件1、MOS开关管S2和S3产生的热量均能通过导电衬底3传递至散热器，图5中的导电衬底3为铝制托盘结构，厚度为3毫米，本身具有良好的导电及导热性能。压接至导电衬底3（IGTO阴极）底部的电极金属不仅导电作为电极，同时起到散热器作用，可快速发散GTO器件1和驱动电路板2上产生的热量。

Claims (7)

1.一种IGTO封装结构，包括GTO器件(1)、驱动电路板(2)，其特征在于：所述GTO器件(1)卡在驱动电路板(2)上的安装孔中，且GTO器件(1)的门极和阴极与驱动电路板(2)电连接。

2.如权利要求1所述的IGTO封装结构，其特征在于：

所述GTO器件(1)包括绝缘壳体(101)，绝缘壳体(101)的顶部中间为GTO器件的阳极(102)兼做IGTO器件的阳极；GTO器件绝缘壳体(101)的外侧面上设有两道上下间隔的环形结构，上一道环形结构为GTO器件的门极环(103)，下一道环形结构为GTO器件的阴极环(104)；GTO器件(1)的阴极环(104)不连续，至少开有一处缺口(105)；GTO器件(1)的阴极环(104)通过缺口先卡入一部分进入驱动电路板(2)上的安装孔中，再旋转使得GTO器件(1)卡入驱动电路板(2)的安装孔中，且GTO器件的阴极环(104)和门极环(103)分别位于驱动电路板(2)的反面和正面；

在GTO器件的门极环(103)和阴极环(104)上分别开有位置对应的第一固定孔(106)；

在驱动电路板(2)上一侧开有一个安装孔(201)，安装孔(201)周围一圈的驱动电路板正面和反面设有第一电连接区(202)；在驱动电路板(2)安装孔(201)周围的第一电连接区(202)中开有与GTO器件(1)上第一固定孔(106)位置相对应的第二固定孔(203)；

GTO器件(1)卡入驱动电路板(2)的安装孔(201)后，GTO器件门极环(103)和阴极环(104)上的第一固定孔(106)与驱动电路板(2)上的第二固定孔(203)对位并用绝缘螺丝(5)紧固，使得GTO器件门极环(103)和阴极环(104)分别与驱动电路板(2)正反面的第一电连接区紧密接触电连接。

3.如权利要求2所述的IGTO封装结构，其特征在于：还包括一个导电衬底(3)；

在驱动电路板(2)反面固定导电衬底(3)，导电衬底(3)为类托盘型结构，将GTO器件(1)的底部覆盖保护，且与GTO器件(1)底部之间设有绝缘垫(6)；导电衬底(3)与驱动电路板(2)的接触部位电连接，用作IGTO器件的阴极。

4.如权利要求3所述的IGTO封装结构，其特征在于：

导电衬底(3)底部为平坦区，从底部平坦区外沿向上并向外延伸出衬底连接部(301)，在衬底连接部(301)上开有第三固定孔(302)；而在驱动电路板(2)上开有与第三固定孔(302)位置对应的第四固定孔(204)；驱动电路板反面第四固定孔(204)周围设有与导电衬底(3)的接触的第二电连接区(205)。

5.如权利要求4所述的IGTO封装结构，其特征在于：还包括一个保护罩(4)；

保护罩(4)包括上保护罩(41)和下保护罩(42)；保护罩(4)仅将GTO器件(1)和驱动电路板(2)的非压接区域覆盖保护；下保护罩(42)上一侧设有开孔(421)，用于容纳导电衬底(3)；下保护罩(42)的开孔(421)周围设有与衬底连接部(301)上的第三固定孔(302)位置相对应的第五固定孔(422)；使用导电螺丝(7)穿过第五固定孔(422)、第三固定孔(302)、第四固定孔(204)，将驱动电路板(2)、导电衬底(3)和下保护罩(42)一起固定，且使得导电衬底(3)的衬底连接部(301)与驱动电路板反面的第二电连接区(205)紧密接触电连接。

6.如权利要求2所述的IGTO封装结构，其特征在于：

GTO器件的阴极环(10)上最大的一个缺口所对应的圆心角大于25度。

7.如权利要求2所述的IGTO封装结构，其特征在于：

GTO器件门极环(103)和阴极环(104)的材料为铜箔。