CN109755140B - 大功率电力半导体器件通用自动压装机构 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，其可针对不同种类的模块型、风冷及水冷型电力半导体器件进行自动压装。机构主要包括：门式压装框架、气液增压缸和模块型电力半导体器件的压装机构或风冷型电力半导体器件的压装机构或水冷型电力半导体器件的压装机构；本发明实现限位机构行程可调，实现被压装器件的精准定位和实现器件尺寸范围全覆盖的自动卡紧。其具有适用性强、覆盖器件范围广、操作灵活便捷、生产效率高、节能环保等诸多特点，机构压装前器件精确定位保证了产品的一致性，压紧时高效的预紧保证了产品的生产效率，机构精巧的设计特点兼顾多种产品的类型可操作性。并且基本覆盖了目前市场上器件的全尺寸范围。

Description

大功率电力半导体器件通用自动压装机构

技术领域

本发明涉及一种可用于大功率的模块型、风冷及水冷型电力半导体器件通用自动压装机构。

背景技术

目前在大功率电力半导体器件生产领域中，外部封装形式的种类越来越多，而且每个种类的型号规格也越来越广。其中模块型、风冷及水冷型这三种封装形式的电力半导体器件可占据总体数量的90%以上。其成品生产中压装工艺举足轻重。器件生产厂家现用的压装设备大都采用门式或四柱型压力机并匹配液压站系统作为动力源施加压力，并根据不同形式的器件设计不同压力大小及结构的机架与其相符，最终实现压装。这种方案只能单一的针对其中某一种封装形式的电力半导体器件进行压装。对于多种形式的器件压装则需要配备多种类型和大小吨位不一的压装机。这无形中给器件生产厂家带来工艺的繁琐和成本的增加。

发明内容

本发明的目的是提供一种兼顾模块型、风冷及水冷型电力半导体器件的大功率电力半导体器件通用自动压装机构。

本发明的技术解决方案如下：一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，包括上固定板、第一导柱、第二导柱、活动板、下固定板、直线轴承、机柜、滚轮组成的门式压装框架，其中，上固定板、活动板、下固定板依次向下平行设置，第一导柱和第二导柱左右对称设置在上固定板的两侧并且垂直向下连通活动板与下固定板，活动板上方和上固定板的中部之间固定设置有螺纹导套，第一导柱和第二导柱上设有直线轴承与活动板固定连接，机柜设置在下固定板下方，气液增压缸设置在机柜内部，活动板和气液增压缸之间用连接法兰连接在一起，螺纹导套下端和活动板之间设置有模块型电力半导体器件的压装机构或风冷型电力半导体器件的压装机构或水冷型电力半导体器件的压装机构。

所述模块型电力半导体器件的压装机构包括长螺纹轴、适配器、受压钢板、模块引出极、模块碟簧组、壳体；其中长螺纹轴设置在螺纹导套内，壳体内部左右对称设置有两组模块碟簧组和模块引出极，所述适配器上端为中间轴，底端设置有左右两个对称孔，受压钢板设置在壳体外部与适配器底部两侧通孔对应，适配器上端中间轴插进长螺纹轴中，下端压在模块受压钢板上。

所述风冷型电力半导体器件的压装机构包括风冷上散热器、半导体器件、风冷下散热器、风冷型碟簧组、钢珠、弹簧压板、 绝缘套管、短螺纹轴、套筒公头、套筒；其中弹簧压板、风冷上散热器、半导体器件、风冷下散热器通过螺栓上下平行连接，绝缘套管设置在螺栓上，所述下垫块设有呈180°的两个T型槽，螺栓下部通过套筒连接套筒公头滑入下垫块的成180°布置的T型槽中，钢珠被压在弹簧压板和风冷上散热器之间，短螺纹轴上端旋入螺纹导套下端压在弹簧压板中心处，风冷下散热器与下垫块之间设置有风冷型碟簧组 。

水冷型电力半导体器件的压装机构包括水冷上散热器、半导体器件、水冷下散热器、短螺纹轴、套筒公头、套筒；其中水冷上散热器、半导体器件、水冷下散热器通过螺栓上下平行连接，水冷上散热器和水冷下散热器分别设置有水管接口，下垫块设有三个呈115°对称布置的T型槽，螺栓下部通过套筒连接套筒公头滑入下垫块的成115°布置的T型槽中，短螺纹轴旋入螺纹导套，短螺纹轴压在水冷上散热器上端面中心处。

风冷型电力半导体器件的压装机构中，两个套筒公头滑入下垫块的成180°布置的T型槽中，滑入位置可根据风冷性散热器的两根螺栓的位置自由调整。水冷型电力半导体器件的压装机构中，三个套筒公头滑入下垫块的呈115°布置的三个T型槽中，滑入位置可根据水冷型散热器的三根螺栓的位置自由调整。

本发明是针对大功率电力半导体器件的压装提出的一种新型高效的压装机构。其具有适用性强、覆盖器件范围广、操作灵活便捷、生产效率高、节能环保等诸多特点，机构压装前器件精确定位保证了产品的一致性，压紧时高效的预紧保证了产品的生产效率，机构精巧的设计特点兼顾多种产品的类型可操作性。并且基本覆盖了目前市场上器件的全尺寸范围。附图说明

图1A是模块型电力半导体器件压装结构示意图。

图1B是图1A中I放大示意图。

图2是模块型电力半导体器件俯视图。

图3A是模块型电力半导体器件压装用适配器示意图。

图3B是图3A的俯视图。

图4A是风冷型电力半导体器件压装结构示意图。

图4B是图4A中II放大示意图。

图5是风冷型电力半导体器件俯视图。

图6是风冷型电力半导体器件压装的下垫块组装部件示意图。

图7是水冷型电力半导体器件压装结构示意图。

图8是水冷型电力半导体器件俯视图。

图9是水冷型电力半导体器件压装的下垫块组装部件示意图。

具体实施方案

一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，包括上固定板1，第一导柱2，第二导柱3，活动板4，下固定板5，直线轴承9，机柜11，滚轮12组成的门式压装框架，其中，上固定板1、活动板4、下固定板5依次向下平行设置，第一导柱2和第二导柱3左右对称设置在上固定板1的两侧并且垂直向下连通活动板4与下固定板5，活动板4上方和上固定板1的中部之间固定设置有螺纹导套8，第一导柱2和第二导柱3上设有直线轴承9与活动板4固定连接，机柜11设置在上固定板1下方，气液增压缸6设置在机柜11内部，活动板4和气液增压缸6之间用连接法兰7连接在一起，螺纹导套8下端和活动板4之间设置有模块型电力半导体器件的压装机构13或风冷型电力半导体器件的压装机构14或水冷型电力半导体器件的压装机构15。

实施例

所述模块型电力半导体器件的压装机构13包括长螺纹轴16，适配器17，受压钢板18，模块引出极19，模块碟簧组20，壳体21；其中长螺纹轴16设置在螺纹导套8内，壳体21内部左右对称设置有两组模块碟簧组20和模块引出极19，所述适配器17上端为中间轴，底端设置有左右两个对称孔，受压钢板18设置在壳体21外部与适配器17底部两侧通孔对应，适配器17上端中间轴插进长螺纹轴16中，下端压在模块受压钢板18上。压装时,设备面板设定好模块型器件所需的压力。将长螺纹轴16旋入螺纹导套8内，旋入长度可根据模块的高度确定。再将适配器17插入长螺纹轴16内。模块器件放在适配器17下面。使得模块器件上面的两根引出极19落入适配器17的两个圆孔内用以定位。按下设备面板上升按钮气液增压缸6活塞向上运动，使得活动板4托举下垫块10、模块器件、适配器17上升运动，直至模块器件上的受压钢板18受力变形。然后用风批或自动扳手对模块器件上的螺钉进行预紧。再按下设备面板下降按钮气液增压缸6活塞向下运动使得活动板4托举下垫块10、模块器件、适配器17回位。

实施例

所述风冷型电力半导体器件的压装机构14包括风冷上散热器22、半导体器件23、风冷下散热器24、风冷型碟簧组28、钢珠25、弹簧压板27、 绝缘套管26、短螺纹轴29、套筒公头32、套筒33；其中弹簧压板27，风冷上散热器22，半导体器件23，风冷下散热器24通过螺栓上下平行连接，绝缘套管26设置在螺栓上，所述下垫块10设有呈180°的两个T型槽，螺栓下部通过套筒33连接套筒公头32下部滑入下垫块10的成180°布置的T型槽中，滑入位置可根据风冷性散热器的两根螺栓的位置自由调整。钢珠25被压在弹簧压板27和风冷上散热器22之间，短螺纹轴29上端旋入螺纹导套8下端压在弹簧压板27中心处，风冷下散热器24与下垫块10之间设置有风冷型碟簧组 28。压装时,设备面板设定好风冷型器件所需的压力。将短螺纹轴29旋入螺纹导套8内，旋入长度可根据风冷型器件的高度确定。调整好下垫块10上呈180°对称布置的两个套筒33的位置。将风冷型器件放在这两个套筒33上。通过将器件的两根螺栓的外六方端部正好落入两个套筒内，达到定位。按下设备面板上升按钮气液增压缸6活塞向上运动，使得活动板4托举下垫块10、两个套筒公头32、两个套筒33、风冷型器件上升运动，直至器件上的弹簧压板27受力变形。然后用风批或自动扳手对风冷型器件上的两根螺栓上的螺母进行预紧。再按下设备面板下降按钮气液增压缸6活塞向下运动使得活动板4托举下垫块10、两个套筒公头32、两个套筒33、风冷型器件回位。

实施例

水冷型电力半导体器件的压装机构15包括水冷上散热器30、半导体器件23、水冷下散热器31、短螺纹轴29、套筒公头32、套筒33；其中水冷上散热器30、半导体器件23、水冷下散热器31通过螺栓上下平行连接，水冷上散热器30和水冷下散热器31分别设置有水管接口，下垫块10设有三个呈115°对称布置的T型槽，螺栓下部通过套筒33连接套筒公头32下部滑入下垫块10的成115°布置的T型槽中，滑入位置可根据水冷型散热器的三根螺栓的位置自由调整。短螺纹轴29旋入螺纹导套8。压装时,设备面板设定好风冷型器件所需的压力。短螺纹轴29旋入螺纹导套内的旋入长度可根据水冷型器件的高度确定。调整好下垫块10上呈115°对称布置的三个套筒33的位置。通过将器件的三根螺栓的外六方端部正好落入三个套筒内，达到定位。按下设备面板上升按钮气液增压缸6活塞向上运动，使得活动板4托举下垫块10、三个套筒公头32、三个套筒33、风冷型器件上升运动，直至器件上的弹簧压板27受力变形。然后用风批或自动扳手对风冷型器件上的两根螺栓上的螺母进行预紧。再按下设备面板下降按钮，气液增压缸6活塞向下运动使得活动板4托举下垫块10、三个套筒公头32、三个套筒33、水冷型器件回位。

1、本发明的设计要点

1）可调整行程的螺纹轴机构设计

因为这3种电力半导体器件涵盖的外形尺寸规格繁多。其中高度尺寸影响了压装的动作行程。为了兼顾所有规格的器件都可在此机构上压装，本发明在整体框架的上部设计了可调行程的长螺纹轴16和短螺纹轴29。长螺纹轴16可用于匹配高度较低的模块型电力半导体器件的压装；短螺纹轴29可用于匹配高度较高的风冷型和水冷型电力半导体器件的压装。并且针对于每个不同种类下不同高度的电力半导体器件，通过调整长螺纹轴16或者短螺纹轴29与螺纹导套8的螺纹配合长度，以适应每个种类不同个体的压装。

2） 模块型电力半导体器件受压对中的自适应机构设计

对于模块型电力半导体器件的压装，更换与模块器件相匹配的适配器17（见附图3）。在压装前，由于此适配器17的结构上端轴结构与长螺纹轴孔轴配合插入，另一端两个孔让过两个模块引出极19，预放在模块器件的受压钢板18上。而本身适配器17的结构是相对于上端轴结构左右两个孔对称，故压装时模块器件的两个受压钢板所受力完全相等。从而保证了最终压装的一致性和准确性。而且相比较以前单引出极的压装形式，适配器17设计成双孔的方案提高其压装效率。

3）风冷型和水冷型电力半导体器件自适应的下垫块机构设计

对于风冷型和水冷型电力半导体器件的压装，零件下垫块10设计呈180°和两个115°对称布置的T型槽。压装风冷型器件时，在180°的T型槽内分别滑入两个套筒公头32，并在其上装配两个套筒33。可灵活调整套筒的中心距与所压装的风冷型器件的两个螺栓的中心距相同并且相对于中心点对称。此设计就使得风冷型器件可准确定位于下垫块10上的两个套筒33内，而且受压后，器件上部用风批或者电动扳手预紧螺母时不需要卡紧螺栓的另一端。这样直接提高了压装的效率和质量。压装水冷型器件时过程与风冷型类似，区别在于水冷型器件是3组套筒支撑点。

4）使用气液增压缸作为动力源施加压力

对比先前的诸多类型的压装机构，本发明首次提出用气液增压缸作为动力源施加压力。其具有控制电路的简单、操作便捷、成本较低、节能环保等特点。

Claims (6)

1.一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，包括上固定板（1）、第一导柱（2）、第二导柱（3）、活动板（4）、下固定板（5）、直线轴承（9）、机柜（11）、滚轮（12）组成的门式压装框架，其中，上固定板（1）、活动板（4）、下固定板（5）依次向下平行设置，第一导柱（2）和第二导柱（3）左右对称设置在上固定板（1）的两侧并且垂直向下连通活动板（4）与下固定板（5），活动板（4）上方和上固定板（1）的中部之间固定设置有螺纹导套（8），第一导柱（2）和第二导柱（3）上设有直线轴承（9）与活动板（4）固定连接，机柜（11）设置在下固定板（5）下方，气液增压缸（6）设置在机柜（11）内部，活动板（4）和气液增压缸（6）之间用连接法兰（7）连接在一起，其特征在于：螺纹导套（8）下端和活动板（4）之间设置有模块型电力半导体器件的压装机构（13）或风冷型电力半导体器件的压装机构（14）或水冷型电力半导体器件的压装机构（15），活动板（4）上设有下垫块（10），压装框架的上部设有可调行程的长螺纹轴（16）和短螺纹轴（29），长螺纹轴（16）可用于匹配高度较低的模块型电力半导体器件的压装；短螺纹轴（29）可用于匹配高度较高的风冷型和水冷型电力半导体器件的压装，并且针对于每个不同种类下不同高度的电力半导体器件，通过调整长螺纹轴（16）或者短螺纹轴（29）与螺纹导套（8）的螺纹配合长度，以适应每个种类不同个体的压装。

2.如权利要求1所述的一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，其特征在于：所述模块型电力半导体器件的压装机构（13）包括长螺纹轴（16）、适配器（17）、受压钢板（18）、模块引出极（19）、模块碟簧组（20）、壳体（21）；其中长螺纹轴（16）设置在螺纹导套（8）内，壳体（21）内部左右对称设置有两组模块碟簧组（20）和模块引出极（19），所述适配器（17）上端为中间轴，底端设置有左右两个对称孔，受压钢板（18）设置在壳体（21）外部与适配器（17）底部两侧通孔对应，适配器（17）上端中间轴插进长螺纹轴（16）中，下端压在模块受压钢板（18）上。

3.如权利要求1所述的一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，其特征在于：所述风冷型电力半导体器件的压装机构（14）包括风冷上散热器（22）、半导体器件（23）、风冷下散热器（24）、风冷型碟簧组（28）、钢珠（25）、弹簧压板（27）、 绝缘套管（26）、短螺纹轴（29）、套筒公头（32）、套筒（33）；其中弹簧压板（27）、风冷上散热器（22）、半导体器件（23）、风冷下散热器（24）通过螺栓上下平行连接，绝缘套管（26）设置在螺栓上，所述下垫块（10）设有呈180°的两个T型槽，螺栓下部通过套筒（33）连接套筒公头（32）滑入下垫块（10）的成180°布置的T型槽中，钢珠（25）被压在弹簧压板（27）和风冷上散热器（22）之间，短螺纹轴（29）上端旋入螺纹导套（8）下端压在弹簧压板（27）中心处，风冷下散热器（24）与下垫块（10）之间设置有风冷型碟簧组 （28）。

4.如权利要求1所述的一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，其特征在于：水冷型电力半导体器件的压装机构（15）包括水冷上散热器（30）、半导体器件（23）、水冷下散热器（31）、短螺纹轴（29）、套筒公头（32）、套筒（33）；其中水冷上散热器（30）、半导体器件（23）、水冷下散热器（31）通过螺栓上下平行连接，水冷上散热器（30）和水冷下散热器（31）分别设置有水管接口，下垫块（10）设有三个呈115°对称布置的T型槽，螺栓下部通过套筒（33）连接套筒公头（32）滑入下垫块（10）的成115°布置的T型槽中，短螺纹轴（29）旋入螺纹导套（8），短螺纹轴（29）压在水冷上散热器（30）上端面中心处。

5.如权利要求3所述的一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，其特征在于：风冷型电力半导体器件的压装机构（14）中，两个套筒公头（32）滑入下垫块（10）的成180°布置的T型槽中，滑入位置可根据风冷性散热器的两根螺栓的位置自由调整。

6.如权利要求4所述的一种大功率电力半导体器件通用自动压装机构，其特征在于：水冷型电力半导体器件的压装机构（15）中，三个套筒公头（32）滑入下垫块（10）的呈115°布置的三个T型槽中，滑入位置可根据水冷型散热器的三根螺栓的位置自由调整。