CN1071064C - 功率半导体组件 - Google Patents

功率半导体组件 Download PDF

Info

Publication number
CN1071064C
CN1071064C CN96195287A CN96195287A CN1071064C CN 1071064 C CN1071064 C CN 1071064C CN 96195287 A CN96195287 A CN 96195287A CN 96195287 A CN96195287 A CN 96195287A CN 1071064 C CN1071064 C CN 1071064C
Authority
CN
China
Prior art keywords
power semiconductor
assembly
semiconductor assembly
semiconductor switch
electricity
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.)
Expired - Fee Related
Application number
CN96195287A
Other languages
English (en)
Other versions
CN1189931A (zh
Inventor
汉斯－彼得·利普斯
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.)
Siemens AG
Original Assignee
Siemens AG
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 Siemens AG filed Critical Siemens AG
Publication of CN1189931A publication Critical patent/CN1189931A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN1071064C publication Critical patent/CN1071064C/zh
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Fee Related legal-status Critical Current

Links

Images

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01L—SEMICONDUCTOR DEVICES NOT COVERED BY CLASS H10
    • H01L25/00—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof
    • H01L25/16—Assemblies consisting of a plurality of individual semiconductor or other solid state devices ; Multistep manufacturing processes thereof the devices being of types provided for in two or more different main groups of groups H01L27/00 - H01L33/00, or in a single subclass of H10K, H10N, e.g. forming hybrid circuits
    • 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
    • H01L2924/0001—Technical content checked by a classifier
    • H01L2924/0002—Not covered by any one of groups H01L24/00, H01L24/00 and H01L2224/00

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Microelectronics & Electronic Packaging (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Condensed Matter Physics & Semiconductors (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Hardware Design (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Rectifiers (AREA)
  • Power Conversion In General (AREA)

Abstract

一种功率半导体组件(2)，其带有至少一个功率半导体开关，一个冷却装置(8)，一个控制电路(6)和一个卸载电路(10)，按照本发明这些部件(4，6，8，10)用绝缘介质(12)被浇注成一个实心块(14)，功率半导体开关(4)、控制电路(6)、冷却装置(8)和卸载电路(10)的接头(16，18，20，22，24，26)由此实心块中伸出。由此得到一个可安置在露天支架上的，且与外部环境相隔绝的，结构紧凑的功率半导体组件(2)。

Description

功率半导体组件
本发明涉及一种功率半导体组件，该组件至少具有一个功率半导体开关，一个冷却装置，一个卸载电路以及它们的接头。
在功率电子高压应用领域，例如在高压直流电输送、静态无功功率补偿和高压变转速驱动装置中，常常见到许多带有冷却装置的功率半导体、控制电路和卸载电路电串联在一起，以达到足够的耐压强度。在此，由功率半导体及其所属的冷却装置、控制电路和卸载电路所构成组件被称为可控硅工作台(Thyristorplatz)。很多这样的可控硅工作台机械地组合在一个模块里，其中模块的结构设计必须得满足部件相互之间电绝缘的要求和机械方面的要求。
这样一种模块在期刊“电气与电子工程师协会会报-电源设备与系统”1975年5/6月第三期第94卷1061至1071页已经被举例说明。两种用于低直流电压和高直流电压的结构形式在西门子的“高压直流电输送”产品说明书，订货号E50001-U131-A35，印刷附注PA3942上也被示出。
本文前言部分所公开的内容涉及一种高压直流电输送装置，其单相整流器设置在一个油容器内。这个油容器是露天安放的。每个整流器由多至2个功率半导体模块所组成。在这些出版物中用图表说明了卸载电路、控制电路的电原理图和油容器结构。在所提及的这些出版物中，装满油的容器承担着这样的任务，即可控硅工作台对模块和所有整流器的机械结构的电绝缘，以及屏蔽所有部件，使它们不受环境影响。
1987年10月17日至22日在中国北京由电气与电子工程师协会和中国电子工程师协会合办的高压传输系统会议的会议文件“用于中国第一套高压直流电传输系统的现代化可控硅整流器”的第520至528页介绍了一种高压直流输电装置，它采用了水冷的整流器，并且被挂装在房屋内。在这份会议文件中描述了模块单元的结构。除此之外还介绍了功率半导体的控制电路和控制脉冲光传输的输入电路。
在西门子“前置串联补偿”说明书中介绍了功率半导体模块装置的另一种实施形式，其中所述模块用于电容器的连接，并与电容器和串联补偿装置的扼流圈一起安置在一个特殊容器的绝缘平台上。
在上述的整流器设备的实施形式中，可控硅工作台电绝缘的技术问题，特别是当为了达到高耐压强度将多个可控硅工作台以电的方式串联起来的时候，以及其它一些为防止环境影响而采取的保护措施的技术问题是通过这样一些方法来解决的，即将整个整流器安置在支架上并安放在一个与空气隔绝的特殊房屋内，或容器或柜体内，或是安放在一个充满绝缘液体或空气的容器内。这些解决方法都有这样的缺陷，即对于小功率的整流器也需要相对昂贵的、通常需要烦琐的批准程序的房屋，以及为了替换一个有缺陷的部件必须得打开充满绝缘液体或空气的容器，这需要很高的人员费用。
由德国专利申请DE4338277A1公知一种液体冷却式变流器模块，它具有至少一个可断开的功率半导体，并有相应的线路布置。该线路布置包括一个电容、一个节流器和一个二极管。为一个可断开的功率半导体线路布设的元件都安设在唯一一个绝缘组件支架上，汇流母线也铺设在该绝缘组件支架中。此外，在该绝缘组件支架中至少集成有一个液体冷却器，用于冷却产生热量的布线元件。绝缘组件支架可用高值绝缘材料、如环氧树脂或聚酯树脂制的铸件或锻压件来制成。在一个多相变流器组件中，每一相都设有一个绝缘组件支架，其中，各绝缘组件支架可相互并排串列，从而可联接成一个绝缘组件支架组合。这样一种液体冷却式变流器组件可用在自换向变流器中，例如是脉冲振动子换流器中。
本发明的目的在于，对本文开头所述形式的可控硅工作台进行进一步的改造，使得上述缺陷不需很大费用就可以被解决。
本发明的目的是通过这样一种功率半导体组件来实现的，其具有至少一个功率半导体开关，一个冷却装置，一个卸载电路以及它们的接头，按照本发明，这些部件和一个控制电路用绝缘介质被浇注成一个实心块，功率半导体开关、冷却装置的接头和控制电路的接头都由此实心块伸出。
按照本发明通过对上述的可控硅工作台进行进一步的改造，对于功率半导体组件就出现了这种可能性，这些组件块就象高压电容性蓄电池那样安放在露天支架上并错接，或者在电容器连接时直接将这些组件块分配给各个电容性蓄电池。由此省去了房屋、容器、柜体或箱体。当一个组件块的某一部件出现缺陷时就将该组件块换掉。
按照本发明的一有利设计，由至少两个上述功率半导体组件电串联构成一个功率半导体模块。
在按照本发明的功率半导体组件中，功率半导体开关可以是可断开的功率半导体组件并且是可电激的，但特别在直接采用光激功率半导体作为功率半导体时具有优点，因为此时省略了带有许多电子元件的控制电路。由此一方面降低了故障几率，另一方面使组件变得更加紧凑。
按照本发明的功率半导体组件的另一优点在于，可以取消对于当今的空气绝缘结构所必需的专门的空气净化附件。绝缘的浇注材料使功率半导体组件的部件与外部环境隔离开来，由此避免部件的污染，而部件污染是产生电晕现象或局部放电和电火花放电的原因。
对本发明的进一步的解释将借助附图所示实施例来进行，附图中：
图1为按照本发明的功率半导体组件的简图；
图2为功率半导体整流器组件的简图。
图1所示的功率半导体组件2包含至少一个功率半导体开关4，例如一个可控硅，为该可控硅配置一个控制电路6，也称作可控硅电路，一冷却装置8和一个卸载电路10。可控硅电路6对应于前面提到的会议文件所介绍的可控硅电路。卸载电路10或者对应于由会议文献所介绍的卸载电路，或者对应于前面提到的“电气与电子工程师协会电源设备与系统论文集”中所介绍的卸载电路。冷却装置8例如可以由至少一个冷却盒，一个夹紧装置和多个冷却剂管所组成。这些功率半导体组件2的部件4,6,8和10相互间通过电的和机械的方法连在一起。这些部件间的连接通过绝缘介质12被浇注成一个实心块14。由该浇铸块14伸出下列接头：电流接线柱16,18，控制接线柱20,22和冷却剂接头24,26。功率半导体组件2的部件4,6,8和10通过浇注材料与外部环境隔离，使部件4,6,8和10不再暴露在外部环境中。作为绝缘介质12例如可以采用塑料，其中环氧树脂可以给实心块体带来所必需的刚性。
也经常被称作可控硅工作台的多个图1所示的功率半导体组件2，被组装在一起构成如图2所示的功率半导体整流器组件28。这种功率半导体整流器组件28也被称作整流器。这种整流器段28除了多个可控硅工作台2外还有一饱和整流扼流管30和一电容32。可控硅工作台2和饱和整流扼流管30是串联的，在此串联电路上并联电容32。至少一个这样的整流器组件28被应用于多脉冲整流器的整流管上。
按照本发明所述结构的功率半导体组件2能够插在露天支架上且相互间按照整流器电路图连接起来。因而这种整流器的结构与一个电容性蓄电池的结构相似，该电容性蓄电池的电容都插在露天支架上。现在就可以放弃一个专门的房屋或整流器室，或是一个箱体，这一点对于小功率整流器而言特别价廉物美。
当采用一个直接光激功率半导体来代替功率半导体开关4时，就可以取消带有许多电器元件的可控硅电路6。由此使得组件2变得更加紧凑和价廉物美。
按照本发明的功率半导体组件2也可应用于由多个电容器组成的高压电容性蓄电池中。电容器被安装在一露天支架上。每个电容器可以与一功率半导体组件2并联和/或与多个电容器串联在一起。这些功率半导体组件2同样安装在露天支架上。由此获得一紧凑的可变的高压电容性蓄电池。当需要一个紧凑的可变的扼流装置时，也可以用扼流器件组来代替电容器与功率半导体组件2联结在一起。由于组件2可以被安装在露天支架上，因而高压电容性蓄电池以及扼流装置可具有紧凑的结构形式。

Claims (9)

1．一种功率半导体组件(2)，其具有至少一个功率半导体开关(4)，一个冷却装置(8)，一个卸载电路(10)以及它们的接头(16,18,24,26)，其特征在于，这些部件(4,8,10)和一个控制电路(6)用绝缘介质(12)被浇注成一个实心块(14)，功率半导体开关(4)、冷却装置(8)的接头(16,18,24,26)和控制电路(6)的接头(20,22)由此实心块伸出。
2．按照权利要求1所述的功率半导体组件(2)，其特征在于，采用塑料作为绝缘介质(12)。
3．按照权利要求2所述的功率半导体组件(2)，其特征在于，所采用的塑料为环氧树脂。
4．按照权利要求1所述的功率半导体组件(2)，其特征在于，所述冷却装置(8)包括至少一个冷却盒，一个夹紧装置和一套冷却介质管道。
5．一种带有至少一个如权利要求1所述的功率半导体组件(2)的功率半导体整流器组件(28)，其特征在于，设有一个非线性整流扼流管(30)和一个电容器(32)，该非线性整流扼流管(30)与功率半导体组件(2)电串联，该串联电路则与所述电容器(32)电并联。
6．一种具有至少两个电串联在一起的、如权利要求1所述的功率半导体组件(2)的功率半导体模块。
7．按照权利要求1所述的功率半导体组件(2)，其特征在于，功率半导体开关(4)是可电激的。
8．按照权利要求1所述的功率半导体组件(2)，其特征在于，功率半导体开关(4)是可光激的。
9．按照权利要求1所述的功率半导体组件(2)，其特征在于，功率半导体开关(4)是可断开的功率半导体开关。
CN96195287A 1995-07-17 1996-07-08 功率半导体组件 Expired - Fee Related CN1071064C (zh)

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE29511510.6 1995-07-17
DE29511510U DE29511510U1 (de) 1995-07-17 1995-07-17 Leistungshalbleiter-Baustein

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN1189931A CN1189931A (zh) 1998-08-05
CN1071064C true CN1071064C (zh) 2001-09-12

Family

ID=8010608

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN96195287A Expired - Fee Related CN1071064C (zh) 1995-07-17 1996-07-08 功率半导体组件

Country Status (6)

Country Link
US (1) US5910683A (zh)
EP (1) EP0839403B1 (zh)
CN (1) CN1071064C (zh)
CA (1) CA2227047A1 (zh)
DE (2) DE29511510U1 (zh)
WO (1) WO1997004518A1 (zh)

Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN100403194C (zh) * 2005-09-13 2008-07-16 广州市高澜水技术有限公司 晶闸管阀组密闭式循环纯水冷却装置控制系统
EP2790217A1 (de) * 2013-04-09 2014-10-15 ABB Technology AG Leistungshalbleitermodul

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4338277A1 (de) * 1993-07-17 1995-01-19 Abb Patent Gmbh Flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit Beschaltungsbauelementen für abschaltbare Leistungshalbleiter

Family Cites Families (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US2725505A (en) * 1953-11-30 1955-11-29 Rca Corp Semiconductor power devices
ES173735Y (es) * 1971-10-29 1972-12-16 Fagor Electronica, S. C. I. Dispositivo de montaje de diodos de rectificador.
DE3007168C2 (de) * 1980-02-26 1984-11-22 Siemens AG, 1000 Berlin und 8000 München Flüssigkeitsgekühlte Halbleitersäule
US5297001A (en) * 1992-10-08 1994-03-22 Sundstrand Corporation High power semiconductor assembly
DE4418426B4 (de) * 1993-09-08 2007-08-02 Mitsubishi Denki K.K. Halbleiterleistungsmodul und Verfahren zur Herstellung des Halbleiterleistungsmoduls
US5559374A (en) * 1993-03-25 1996-09-24 Sanyo Electric Co., Ltd. Hybrid integrated circuit
JPH0969603A (ja) * 1995-09-01 1997-03-11 Mitsubishi Electric Corp 電力用半導体装置、その外装ケースとその製造方法
US5811878A (en) * 1996-07-09 1998-09-22 Asea Brown Boveri Ag High-power semiconductor module

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4338277A1 (de) * 1993-07-17 1995-01-19 Abb Patent Gmbh Flüssigkeitsgekühltes Stromrichtermodul mit Beschaltungsbauelementen für abschaltbare Leistungshalbleiter

Also Published As

Publication number Publication date
DE29511510U1 (de) 1995-09-14
EP0839403B1 (de) 1999-01-07
EP0839403A1 (de) 1998-05-06
DE59601117D1 (de) 1999-02-18
CA2227047A1 (en) 1997-02-06
WO1997004518A1 (de) 1997-02-06
US5910683A (en) 1999-06-08
CN1189931A (zh) 1998-08-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US9019731B2 (en) High-power medium-voltage drive power cell having power elements disposed on both sides of base plate
KR100915778B1 (ko) 마이크로드라이브
US20080100993A1 (en) Support Platform for Electrical Components, and Module Comprising Said Support Platform
US5031069A (en) Integration of ceramic capacitor
CN101938250B (zh) 可调频率驱动器和系统
KR20130023371A (ko) 접지 누설 전류의 감소와 트랜지스터 보호를 위한 가변 주파수 구동 시스템 장치 및 방법
US7149064B2 (en) Multiphase reduced voltage starter with bypass relays, interphase electrical isolation and shared thermal mass
US4975825A (en) Stacked power converter
CN104201867B (zh) 一种基于热管散热器的三电平igbt功率柜
KR20180052707A (ko) 절연을 갖는 인쇄 회로 기판 전력 셀 및 중간 전압 다중-셀 전력 공급부
CN103457482A (zh) 模块化逆变器装置
US11456674B2 (en) Converter assembly
US11370314B1 (en) Insulation system for reducing partial discharge in medium voltage power converter
CN1071064C (zh) 功率半导体组件
JP2003047257A (ja) コンバータ回路
EP1010234A1 (en) High power inverter pole employing series connected devices configured for reduced stray loop inductance
CN108880200A (zh) 一种水冷和风冷结合的交流励磁变频器
CN211045235U (zh) 一种固体绝缘结构的高压级联隔离变压器
US3718850A (en) Semiconductor rectifier device
JPS63157677A (ja) ブリツジ形インバ−タ装置
Thoma et al. Highly Compact 250 kVA Inverter Stack with 3.3 kV SiC MOSFETs
Homeyer et al. Advanced power converters for more electric aircraft applications
EP4131759A1 (en) Highly integrated mosfet half-bridge power module for power converters
US20230396145A1 (en) Solid-state transformer, power supply device, and data center
WO2024048066A1 (ja) 電力変換装置

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
C19 Lapse of patent right due to non-payment of the annual fee
CF01 Termination of patent right due to non-payment of annual fee