CN108962835B - Igbt封装组件的封装方法及igbt封装组件、直流断路器 - Google Patents

Igbt封装组件的封装方法及igbt封装组件、直流断路器 Download PDF

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Abstract

本发明涉及直流输电设备领域，特别涉及IGBT封装组件的封装方法及IGBT封装组件、直流断路器。IGBT封装组件包括压装单元和IGBT器件单元，IGBT器件单元包括散热器和IGBT器件，压装单元包括在压装时处于底部的支撑板和在压装时处于顶部的压装板，压装单元还包括固定在支撑板上的定位杆，散热器上设有与定位杆定位配合的定位结构，所述定位杆处于IGBT器件单元一侧以在竖向叠装IGBT器件单元时对IGBT器件单元进行定位。本发明的IGBT封装组件可以通过定位杆对散热器的定位作用，保证散热器和IGBT器件的定位精度满足压装要求，通过定位杆对散热器进行定位提高了IGBT封装组件的压接封装效率，解决了目前的IGBT封装组件压接封装效率低的问题。

Description

IGBT封装组件的封装方法及IGBT封装组件、直流断路器
技术领域
本发明涉及直流输电设备领域，特别涉及IGBT封装组件的封装方法及IGBT封装组件、直流断路器。
背景技术
IGBT器件是近乎理想的半导体大功率开关元件，其具有输入阻抗大、驱动功率小、开关损耗低等特点，广泛应用于智能电网、电力工程等领域。目前IGBT器件通过压装封装的方式形成具有H桥拓扑结构的IGBT封装组件，IGBT封装组件的压接封装方式多种多样，比较成熟的压接封装方式有立式和卧式两种，卧式封装结构复杂，而采用立式压接封装的方式需要保证IGBT阀串的精确定位，压接封装效率低。
申请公布号为CN106712459A、申请公布日为2017.05.24的中国专利申请公开了一种全桥式IGBT组件，包括压装单元和IGBT器件单元，压装单元包括两个板、连接两个板的支撑梁，IGBT器件单元包括散热器和IGBT器件，IGBT器件单元和所引出的母排单元通过压装单元进行压装的固定，这种结构的IGBT组件在使用立式压装时，其中一个板为处于底部的支撑板，另一个为处于顶部的压装板，要保证相邻的两个散热器的对齐，这就需要专门的工具进行操作，造成IGBT封装组件压接封装效率低的问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种IGBT封装组件，以解决目前的IGBT封装组件压接封装效率低的问题；另外，本发明的目的还在于提供一种使用上述IGBT封装组件的直流断路器及一种IGBT封装组件的封装方法。
为实现上述目的，本发明的IGBT封装组件的第一种技术方案为：IGBT封装组件包括压装单元和IGBT器件单元，IGBT器件单元包括散热器和IGBT器件，压装单元包括在压装时处于底部的支撑板和在压装时处于顶部的压装板，压装单元还包括固定在支撑板上的定位杆，散热器上设有与定位杆定位配合的定位结构，所述定位杆处于IGBT器件单元一侧以在竖向叠装IGBT器件单元时对IGBT器件单元进行定位。
本发明的IGBT封装组件的第二种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第一种技术方案的基础上，所述散热器上朝向定位杆的侧面上设有与定位杆定位配合的定位槽，定位槽构成所述定位结构。定位槽结构简单，方便加工。
本发明的IGBT封装组件的第三种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第二种技术方案的基础上，所述散热器包括本体和固定在本体上朝向定位杆的侧面上的两个定位块，所述定位槽由定位块与散热器的本体围成。定位块加工方便。
本发明的IGBT封装组件的第四种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述定位杆的一端固定在支撑板上，另一端与压装板止转滑动配合。保证定位杆与支撑板和压装板的相对位置关系。
本发明的IGBT封装组件的第五种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第四种技术方案的基础上，所述定位杆螺纹固定在支撑板上，所述压装板上设有方形孔，定位杆上设有与方形孔止转配合的压装板连接段，所述定位杆通过压装板连接段与压装板止转滑动配合。简化定位杆与支撑板和压装板的连接关系。
本发明的IGBT封装组件的第六种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述散热器上与IGBT器件压紧配合的一侧设有容纳IGBT器件并与IGBT器件定位配合的IGBT器件容纳槽。保证IGBT器件与散热器的定位关系，通过散热器对IGBT器件进行定位。
本发明的IGBT封装组件的第七种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，IGBT器件单元还包括处于IGBT器件单元端部与散热器压紧配合的散热垫块，与散热垫块压紧配合的散热器上设有垫块容纳槽，散热垫块定位装配在垫块容纳槽内。通过设置散热垫块保证散热器的通用性。
本发明的IGBT封装组件的第八种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述定位杆设置两个且两个定位杆设置在IGBT器件单元相对的两侧，保证定位杆对散热器的定位效果。
本发明的IGBT封装组件的第九种技术方案为：在本发明的IGBT封装组件的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述散热器上朝向IGBT器件单元外侧的侧面上设置有母排安装凸台。方便安装母线排。
为实现上述目的，本发明的直流断路器的第一种技术方案为：直流断路器包括IGBT封装组件和与IGBT封装组件连接的母排，IGBT封装组件包括压装单元和IGBT器件单元，IGBT器件单元包括散热器和IGBT器件，压装单元包括在压装时处于底部的支撑板和在压装时处于顶部的压装板，压装单元还包括固定在支撑板上的定位杆，散热器上设有与定位杆定位配合的定位结构，所述定位杆处于IGBT器件单元一侧以在竖向叠装IGBT器件单元时对IGBT器件单元进行定位。
本发明的直流断路器的第二种技术方案为：在本发明的直流断路器的第一种技术方案的基础上，所述散热器上朝向定位杆的侧面上设有与定位杆定位配合的定位槽，定位槽构成所述定位结构。
本发明的直流断路器的第三种技术方案为：在本发明的直流断路器的第二种技术方案的基础上，所述散热器包括本体和固定在本体上朝向定位杆的侧面上的两个定位块，所述定位槽由定位块与散热器的本体围成。
本发明的直流断路器的第四种技术方案为：在本发明的直流断路器的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述定位杆的一端固定在支撑板上，另一端与压装板止转滑动配合。
本发明的直流断路器的第五种技术方案为：在本发明的直流断路器的第四种技术方案的基础上，所述定位杆螺纹固定在支撑板上，所述压装板上设有方形孔，定位杆上设有与方形孔止转配合的压装板连接段，所述定位杆通过压装板连接段与压装板止转滑动配合。
本发明的直流断路器的第六种技术方案为：在本发明的直流断路器的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述散热器上与IGBT器件压紧配合的一侧设有容纳IGBT器件并与IGBT器件定位配合的IGBT器件容纳槽。
本发明的直流断路器的第七种技术方案为：在本发明的直流断路器的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，IGBT器件单元还包括处于IGBT器件单元端部与散热器压紧配合的散热垫块，与散热垫块压紧配合的散热器上设有垫块容纳槽，散热垫块定位装配在垫块容纳槽内。
本发明的直流断路器的第八种技术方案为：在本发明的直流断路器的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述定位杆设置两个且两个定位杆设置在IGBT器件单元相对的两侧。
本发明的直流断路器的第九种技术方案为：在本发明的直流断路器的第一种至第三种中任意一项技术方案的基础上，所述散热器上朝向IGBT器件单元外侧的侧面上设置有母排安装凸台，母排固定在母排安装凸台上。
本发明的IGBT封装组件的封装方法的技术方案为：在支撑板上竖向固定对散热器定位的定位杆，在定位杆对散热器的定位作用下，将散热器和IGBT器件叠装在一起，然后通过压装单元对叠装完成的IGBT器件单元进行压接封装。
本发明的有益效果为：本发明的IGBT封装组件的支撑板上设置有处于IGBT器件单元一侧的定位杆，使用时，可以通过定位杆对散热器的定位作用，保证散热器和IGBT器件的定位精度满足压装要求，通过定位杆对散热器进行定位提高了IGBT封装组件的压接封装效率，解决了目前的IGBT封装组件压接封装效率低的问题。
附图说明
图1是本发明的IGBT封装组件的具体实施例的结构示意图；
图2是图1的剖视图；
图3是图2中压力锥散热垫块的结构示意图；
图4是图2中压力锥散热垫块的另一个时间视角的结构示意图；
图5是图2中散热器的结构示意图；
图6是本发明的IGBT封装组件的具体实施例的整体结构轴测图；
图中：1、IGBT器件；2、散热器；22、定位块；23、定位槽；24、IGBT器件容纳槽；25、固定孔；26、母排安装凸台；27、垫块容纳槽；3、支撑板；31、碟簧定位块安装孔；4、压装板；5、绝缘拉杆；6、紧固螺母；7、压力锥；8、钢球；9、碟形弹簧； 10、碟簧定位块；101、小径段；102、大径段；11、压力锥散热垫块；111、定位销孔；112、压力锥定位槽；12、定位块散热垫块；13、定位杆；14、驱动板支架；15、控制板；16、跨接引出母排；17、定位销。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本发明的IGBT封装组件的具体实施例，如图1至图6所示，IGBT封装组件包括压装单元和IGBT器件单元。如图1和图2所示，IGBT器件单元包括四个IGBT器件1、处于相邻IGBT器件1之间的散热器2。压装单元包括压装时处于底部的支撑板3、压装时处于顶部的压装板4、穿装在支撑板3和压装板4上的四个绝缘拉杆5，四个绝缘拉杆5的两端均设有螺纹段，螺纹段上设置有紧固螺母6，通过旋拧紧固螺母6可以压紧处于压装板4与支撑板3之间的IGBT器件单元，压装过程中先通过压装设备对压装板施加压力，然后旋拧紧固螺母保持IGBT器件单元处于压紧状态。压装单元还包括与压装板4配合的压力锥7，压力锥7与压装板4之间设有钢球8，压力锥7与压装板4的中心均设有与钢球8配合的球形槽，球形槽的尺寸略大于钢球8，保证钢球8与球形槽的接触为点接触，在压装时即使压装板4出现偏斜，也能够保证施加在IGBT器件单元上的作用力垂直向下，使IGBT器件单元手里均衡，保证压装质量。
支撑板3上设有碟形弹簧9和碟簧定位块10，支撑板3上设有碟簧定位块安装孔31，碟簧定位块10包括用于插装在碟簧定位块安装孔31内的小径段101和用于与碟形弹簧9挡止配合的大径段102，碟形弹簧9套装在小径段101上。IGBT器件单元还包括处于IGBT器件单元两端的两个与对应的散热器2压紧配合的散热垫块，其中一个散热垫块为夹装在散热器2与压力锥7之间的压力锥散热垫块11，另一个散热垫块为夹装在碟簧定位块10与散热器2之间的定位块散热垫块12。如图3所示，与压力锥散热垫块11压紧配合的散热器2上设置有垫块容纳槽，压力锥散热垫块11定位装配在垫块容纳槽内。与定位块散热垫块12压紧配合的散热器2上也设置有垫块容纳槽，定位块散热垫块12定位装配在垫块容纳槽内。垫块容纳槽的底壁与对应的散热垫块压紧配合。
本实施例中，为了方便IGBT器件单元的叠装，支撑板3上固定有处于IGBT器件单元一侧的定位杆13。如图5所示，散热器2包括本体和固定在本体上朝向定位杆侧面上的两个定位块22，两个定位块22与本体围成与定位杆定位配合的定位槽23，通过定位杆13与散热器2的定位配合，方便对IGBT器件单元进行叠装，同时能够保证IGBT器件单元的叠装精度满足压装要求。定位槽构成散热器2上与定位杆13定位配合的定位结构，其他实施例中，可以在定位杆13上设置定位滑槽，对应的在散热器2上设置定位凸起。
本实施例中，定位杆13设置有两个，并且两个定位杆13分别设置在IGBT器件单元相对的两侧，保证IGBT器件单元在定位杆13的作用下叠装过程中的精准度和压装过程中不水平移动。其他实施例中，定位杆13可以设置一个，或者设置三个。定位杆的一端固定在支撑板上，另一端与压装板止转滑动配合，压装过程中，定位杆与压装板止转滑动配合的一端能够对IGBT器件单元起导向作用。支撑板3上设有与定位杆13螺纹配合的定位杆固定孔，压装板4上设有与定位杆13止转滑动配合的方形孔，对应的，定位杆13上设置有与压装板4滑动配合的压装板连接段，压装板连接段截面呈方形，以实现定位杆13与压装板4止转滑动配合。其他实施例中，定位杆13的两端设置螺纹固定端，支撑板和压装板上设置供定位杆穿过的通孔，螺纹固定端上设置两个螺母，在压装完成后通过两个螺母固定在支撑板和压装板上，其他实施例中，压装板与定位杆还可以是一体式结构。定位杆13固定在支撑板3上并处于IGBT器件单元一侧，实现在竖向叠装IGBT器件单元时对IGBT器件单元进行定位。
散热器2的本体上设有容纳IGBT器件1的IGBT器件容纳槽24，IGBT器件1定位装配在IGBT器件容纳槽24内，IGBT器件容纳槽24的槽底与IGBT器件1压紧配合。本实施例中，两个IGBT器件1之间均设置一个散热器2，设置在两个IGBT器件1之间的散热器2上均设有两个IGBT器件容纳槽24，与压力锥散热垫块11和定位块散热垫块12压紧配合的散热器2上均设置一个IGBT器件容纳槽24和一个垫块容纳槽27。其他实施例中，根据散热器2的布置形式，可以在顶部不设置压力锥散热垫块，直接使压力锥与散热器定位配合，也可以不在底部设置定位块散热垫块，直接使碟簧定位块与散热器压紧配合。
为了使压力锥散热垫块11与散热器2之间定位更精确，本实施例中，如图4所示，压力锥散热垫块11上用于与散热器2压紧配合的侧面上设置有定位销孔111，对应的散热器2上设置与定位销孔111定位配合的定位销17。同样的原理，本实施例中，散热器2与IGBT器件1之间、定位块散热垫块12与散热器2之间均采用销孔定位配合的方式提高定位精度。压力锥散热垫块11上还设有与压力锥定位配合的压力锥定位槽112，保证压力锥的定位精度。设置压力锥散热垫块方便加工压力锥定位槽，提高了压力锥的定位精度，不需要在散热器上设置与压力锥配合的定位结构，实现了散热器结构的统一。
为了能够对IGBT封装组件进行简单的测试，本实施例中，如图1和图6所示，散热器2上设有驱动板支架14，驱动板支架14上设有驱动板安装面，驱动板支架既可以用于安装IGBT器件1的驱动板，也可以用于固定控制板15。本实施例中的驱动板支架14为L形板，散热器2本体上设置有固定L形板的固定孔25。散热器2为方形散热器2，固定孔25与定位块22分别设置在本体上相邻的两个侧面上。由于散热器2需要连接母排，本实施例中，有三个散热器2的本体上朝向IGBT器件单元外侧的侧面上设置有母排安装凸台26，其中两个母排安装凸台26用于安装跨接引出母排16，另一个母排安装凸台26用于安装中间引出母排。本实施例中，母排安装凸台26设置在定位块22的一侧。其他实施例中，也可以采用如背景技术中所引用的对比文件中所采用的方式，将母排压装在相邻的两个散热器之间。
本发明的IGBT封装组件压装采用垂直压装的方式，具体的压装方法为：1）将支撑板3固定，将绝缘拉杆5、定位杆13竖向固定在支撑板3上；2）按照设计好的次序放置碟形弹簧9和碟簧定位块10，将定位销放置在碟簧定位块10上的定位孔中；3）依次安装定位块散热垫块12、散热器2、IGBT器件1、压力锥散热垫块11，在安装过程中，通过销孔定位配合结构实现相邻之间的定位，同时通过定位杆13对散热器2的定位作用，实现IGBT器件单元的精确叠装，满足压装要求；由于本实施例中的定位槽23设置两个，安装的过程中，应当使散热器处于定位杆之上，然后使定位槽23与定位杆顶部对准，对准后向下安装散热器，并完成散热器的安装；4）通过压力设备对IGBT封装组件进行压接封装。
压装完成后通过驱动板支架14可以将控制板15固定在散热器2上方便元器件间的连线，从而实现H桥拓扑结构功能的简单测试。
本发明的IGBT封装组件的散热器2上设置有IGBT器件容纳槽24，能够对IGBT器件1进行定位，同时定位杆13能够对散热器2进行定位，散热器2上的垫块容纳槽也能够对处于IGBT器件单元两端的压力锥散热垫块11、定位块散热垫块12进行定位，在IGBT器件单元叠装的过程中能够保证叠装精度。在压装的过程中，上述定位结构能够保证IGBT器件1不会水平滑动。
本发明的直流断路器的具体实施例，直流断路器包括IGBT封装组件和与IGBT封装组件连接的母排，本实施例中的IGBT封装组件与上述IGBT封装组件的具体实施例中所述的结构相同，不再赘述。
本发明的IGBT封装组件的封装方法的具体实施例，本实施例中的IGBT封装组件的封装方法与上述IGBT封装组件的封装方法相同，不再赘述。

Claims (17)

1.IGBT封装组件，包括压装单元和IGBT器件单元，IGBT器件单元包括散热器和IGBT器件，压装单元包括在压装时处于底部的支撑板和在压装时处于顶部的压装板，其特征在于：压装单元还包括固定在支撑板上的定位杆，散热器上设有与定位杆定位配合的定位结构，所述定位杆处于IGBT器件单元一侧以在竖向叠装IGBT器件单元时对IGBT器件单元进行定位；IGBT器件单元还包括处于IGBT器件单元端部与散热器压紧配合的散热垫块，与散热垫块压紧配合的散热器上设有垫块容纳槽，散热垫块定位装配在垫块容纳槽内。
2.根据权利要求1所述的IGBT封装组件，其特征在于：所述散热器上朝向定位杆的侧面上设有与定位杆定位配合的定位槽，定位槽构成所述定位结构。
3.根据权利要求2所述的IGBT封装组件，其特征在于：所述散热器包括本体和固定在本体上朝向定位杆的侧面上的两个定位块，所述定位槽由定位块与散热器的本体围成。
4.根据权利要求1-3任一项所述的IGBT封装组件，其特征在于：所述定位杆的一端固定在支撑板上，另一端与压装板止转滑动配合。
5.根据权利要求4所述的IGBT封装组件，其特征在于：所述定位杆螺纹固定在支撑板上，所述压装板上设有方形孔，定位杆上设有与方形孔止转配合的压装板连接段，所述定位杆通过压装板连接段与压装板止转滑动配合。
6.根据权利要求1-3任一项所述的IGBT封装组件，其特征在于：所述散热器上与IGBT器件压紧配合的一侧设有容纳IGBT器件并与IGBT器件定位配合的IGBT器件容纳槽。
7.根据权利要求1-3任一项所述的IGBT封装组件，其特征在于：所述定位杆设置两个且两个定位杆设置在IGBT器件单元相对的两侧。
8.根据权利要求1-3任一项所述的IGBT封装组件，其特征在于：所述散热器上朝向IGBT器件单元外侧的侧面上设置有母排安装凸台。
9.直流断路器，包括IGBT封装组件和与IGBT封装组件连接的母排，IGBT封装组件，包括压装单元和IGBT器件单元，IGBT器件单元包括散热器和IGBT器件，压装单元包括在压装时处于底部的支撑板和在压装时处于顶部的压装板，其特征在于：压装单元还包括固定在支撑板上的定位杆，散热器上设有与定位杆定位配合的定位结构，所述定位杆处于IGBT器件单元一侧以在竖向叠装IGBT器件单元时对IGBT器件单元进行定位；IGBT器件单元还包括处于IGBT器件单元端部与散热器压紧配合的散热垫块，与散热垫块压紧配合的散热器上设有垫块容纳槽，散热垫块定位装配在垫块容纳槽内。
10.根据权利要求9所述的直流断路器，其特征在于：所述散热器上朝向定位杆的侧面上设有与定位杆定位配合的定位槽，定位槽构成所述定位结构。
11.根据权利要求10所述的直流断路器，其特征在于：所述散热器包括本体和固定在本体上朝向定位杆的侧面上的两个定位块，所述定位槽由定位块与散热器的本体围成。
12.根据权利要求9-11任一项所述的直流断路器，其特征在于：所述定位杆的一端固定在支撑板上，另一端与压装板止转滑动配合。
13.根据权利要求12所述的直流断路器，其特征在于：所述定位杆螺纹固定在支撑板上，所述压装板上设有方形孔，定位杆上设有与方形孔止转配合的压装板连接段，所述定位杆通过压装板连接段与压装板止转滑动配合。
14.根据权利要求9-11任一项所述的直流断路器，其特征在于：所述散热器上与IGBT器件压紧配合的一侧设有容纳IGBT器件并与IGBT器件定位配合的IGBT器件容纳槽。
15.根据权利要求9-11任一项所述的直流断路器，其特征在于：所述定位杆设置两个且两个定位杆设置在IGBT器件单元相对的两侧。
16.根据权利要求9-11任一项所述的直流断路器，其特征在于：所述散热器上朝向IGBT器件单元外侧的侧面上设置有母排安装凸台，母排固定在母排安装凸台上。
17.IGBT封装组件的封装方法，IGBT封装组件包括压装单元和IGBT器件单元，IGBT器件单元包括散热器和IGBT器件，压装单元包括在压装时处于底部的支撑板和在压装时处于顶部的压装板，其特征在于：压装单元还包括固定在支撑板上的定位杆，散热器上设有与定位杆定位配合的定位结构，所述定位杆处于IGBT器件单元一侧以在竖向叠装IGBT器件单元时对IGBT器件单元进行定位；IGBT器件单元还包括处于IGBT器件单元端部与散热器压紧配合的散热垫块，与散热垫块压紧配合的散热器上设有垫块容纳槽；封装时，在支撑板上竖向固定对散热器定位的定位杆，在定位杆对散热器的定位作用下，将散热器和IGBT器件叠装在一起，散热垫块定位装配在垫块容纳槽内，然后通过压装单元对叠装完成的IGBT器件单元进行压接封装。
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