CN111341730A - 一种轻型晶闸管元件管壳 - Google Patents
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Abstract
本申请提供了一种轻型晶闸管元件管壳，包括依次层叠设置的阴极电极、阴极钼片、芯片、阳极钼片和阳极电极，阳极电极包括沿管壳厚度方向设置的铜层和铝层，阳极电极中的铜层靠近所述芯片一侧，阴极电极的厚度小于所述阳极电极的厚度。通过本申请提供的管壳结构，用纯铝代替大部分铜，达到了管壳减重的目的，利于器件及组件的轻型化。将纯铝设置在阳极电极，与阳极电极中的铜层组装在一起，所形成的铝层与单面的铜层接触的非对称结构减小了接触电阻，降低了接触压降。此外，阳极电极中的铝层更适合与铝散热器直接压接，能够降低接触压降，拓宽了器件的应用领域。
Description
技术领域
本发明涉及晶闸管技术领域，并且更具体地，涉及一种轻型晶闸管元件管壳。
背景技术
近年来，晶闸管技术领域的封装技术越来越受到重视，常用的晶闸管元件管壳为凸台式对称结构，所采用的管壳材料主要是无氧铜和陶瓷，由于无氧铜密度较大，管壳结构较重，并且制造成本相对较高，不利于器件及组件的轻型化，应用领域有限；而若选用易于小型化的凹台管壳，其导电层和阀栏材料大多为可阀，导热性能差，压降较大。
发明内容
针对上述现有技术中的问题，本发明提供了一种轻型晶闸管元件管壳，采用纯铝来代替大部分铜，以达到管壳减重的目的，利于器件及组件的轻型化，并且铝层与铜层单面接触，采用该非对称结构，减少了接触电阻，降低了接触压降；接触面为铝层的设计，更适合与铝散热器直接压接，降低接触压降。
本发明提供一种轻型晶闸管元件管壳，其包括依次层叠设置的阴极电极、阴极钼片、芯片、阳极钼片和阳极电极，阳极电极包括沿管壳厚度方向设置的铜层和铝层，阳极电极中的铜层靠近芯片一侧，阴极电极的厚度小于阳极电极的厚度。通过该实施方式，铝层替换了大部分铜，实现了减重的目的，利于器件及组件的轻型化。此外，铝层设置在阳极电极，阴极电极的厚度小于阳极电极的厚度，使得管壳结构成为非对称结构，铝层仅与阳极电极中的铜层接触，使得铜与铝单面接触，铜铝接触面减少，进而减小了接触电阻，降低了接触压降。
在其中一个实施方式中，阳极电极中的铜层与铝层通过压接工艺连接。通过该实施方式，使得管壳阳极电极中的铜层与铝层结合的强度高、气密性好。
在其中一个实施方式中，阴极钼片的厚度大于阳极钼片的厚度。由于阴极电极和阳极电极厚度不同，并呈非对称结构，在此，通过调节阴极钼片和阳极钼片的厚度，以平衡阴阳极热阻，使得散热均匀。
在其中一个实施方式中，还包括密封环、瓷环，阳极电极中的铜层与密封环连接，密封环与瓷环烧结连接。
在其中一个实施方式中，瓷环为波纹裙边状结构或无瓷筋结构。当在高压环境下工作时，通过在瓷环上设置波纹裙边状结构，增加了高压线的爬电距离，提高了产品的安全性能；当在低压环境下工作时，瓷环可以是无瓷筋结构，简化了结构，降低成本。
在其中一个实施方式中，还包括阴极法兰、阳极法兰，阴极法兰、阳极法兰、密封环均由铜制成，阳极电极中的铝层由纯铝制成。通过该实施方式，密封环可以与瓷环烧结连接。
在其中一个实施方式中，阳极钼片与阳极电极之间采用定位销、定位环或红胶定位。但不以此为限，只要能够实现本发明所需的定位效果即可。
在其中一个实施方式中，还包括门极组件，门极组件包括门极线，门极线的一端与芯片相连。
在其中一个实施方式中，在阴极电极和/或阴极钼片上开设有嵌入槽，门极线的另一端经过嵌入槽与瓷环上的门极阀连接。通过该实施方式，嵌入槽可开设在阴极钼片上或开设在阴极电极上，或者嵌入槽一部分开设在阴极钼片上，一部分开设在阴极电极上，根据阴极钼片和阴极电极的厚度而定，提供了多种开设嵌入槽的位置方式。
在其中一个实施方式中，阴极电极厚度为3-5mm，阴极钼片厚度为2.5-3.5mm，阳极钼片厚度为1.5-2.0mm，阳极电极中的铜层厚度为3-5mm，阳极电极中的铝层厚度为18-24mm。
通过本申请提供的非对称晶闸管元件管壳，用纯铝代替大部分铜，达到了管壳减重的目的，利于器件及组件的轻型化；并且将纯铝设置在阳极电极，与阳极电极中的铜层组装在一起，形成的非对称结构减小了接触电阻，降低了接触压降。此外，阳极电极中的铝层更适合与铝散热器直接压接，能够降低接触压降。
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是现有技术中晶闸管元件管壳的结构示意图；
图2是根据本发明的实施例的轻型晶闸管元件管壳的结构示意图。
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。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明作进一步说明。
如图1所示，在现有技术中，凸台晶闸管元件管壳通常为对称的结构，包括阴极电极1、阳极电极5、阴极法兰2、阳极法兰3、瓷环4、阳极密封环6。其中，该元件管壳的阴极电极1和阳极电极5是由无氧铜材料制成的。由于铜材料的密度较大，使得现有技术中的这种结构重量大，并且制造成本高，不利于器件及组件的轻型化，应用领域有限。此外，由于该管壳结构的电极部分是铜材料，当管壳与外部铝散热器压接时，铜铝之间造成一定的压降。
为解决现有技术中的问题，本发明提供了如图2所示的轻型晶闸管元件管壳，该管壳结构包括依次层叠设置的阴极电极10、阴极钼片31、芯片30、阳极钼片32、阳极电极20。阳极电极20包括铜层21和铝层22，阳极电极20中的铜层21靠近芯片30一侧，阴极电极10的厚度小于阳极电极20的厚度。
与传统凸台相比，在整体管壳厚度相同的情况下，本发明用铝来代替大部分铜，使得管壳重量较轻，利于器件及组件的轻型化。
替换后的铝层22与阳极中的铜层21通过压接工艺组装在一起，作为阳极电极20。该结构中铝层与铜层单面接触，相比双面设计，铝层与铜层的接触面较少，可减少接触电阻，降低接触压降。此外，本发明的阳极电极20包括铝层22，更适合与铝散热器直接压接，降低接触压降。
由于铝层22仅设置在阳极电极20，使得阳极电极20的厚度大于阴极电极10的厚度，为了使阴阳两极热阻平衡，散热均匀，该管壳结构增加了阴极钼片31的厚度，减薄了阳极钼片32的厚度，阴极钼片31的厚度大于阳极钼片32的厚度。
本发明的管壳结构还包括阳极法兰51、阴极法兰52、瓷环53、密封环54，阳极电极20中的铜层21与密封环54连接，密封环54与瓷环53烧结连接，并且阳极法兰51与阴极法兰52分别与瓷环53烧结连接。阴极法兰52、阳极法兰51、密封环54均由铜制成，阳极电极20中的铝层22由纯铝制成，瓷环53为陶瓷环，铜与陶瓷烧结连接。
由于陶瓷烧结温度在800℃以上，而纯铝的熔点为660.4℃，铜的熔点为1083℃，铝无法与陶瓷烧结连接，因而采用铜与陶瓷烧结连接，解决了铝材料熔点低，难以与陶瓷烧结的问题。
当在高压环境下使用时，瓷环53可设置波纹裙边状结构，供高压线缠绕，增加爬电距离，提高产品的安全性能。当不需要高压环境时，瓷环可设置成无瓷筋结构，瓷环呈直线型，简化了结构，降低成本。
阳极钼片32与阳极电极20之间采用定位销63定位，也可采用定位环或红胶定位。
该管壳结构包括门极组件40，门极组件40包括门极线41，在阴极钼片31上开设有嵌入槽43，门极线41一端与芯片30相连，另一端经过嵌入槽43与门极阀42连接。
嵌入槽43也可开设在阴极电极10上，或者嵌入槽43一部分开在阴极钼片31上，一部分开在阴极电极10上，根据阴极钼片31和阴极电极10的厚度而定，提供了多种开设嵌入槽43的位置方式。
本发明的管壳结构还开设有定位孔60，定位孔60包括开设在阴极电极10上的定位孔61和开设在阳极电极20上的定位孔62。
本发明的管壳结构还包括保护垫33，保护垫33设置于芯片30的两端，对芯片30起保护作用。
在其中一个实施方式中，为适用于不同的需求，铝层也可以分别设置在阴极电极10和阳极电极20中，即阴极电极10和阳极电极20均由铜层和铝层两部分组成，所形成的阴极电极10与阳极电极20可以是对称结构，也可以是非对称结构，并由相对应的钼片厚度来平衡阴阳极热阻。
在其中一个实施方式中，阴极电极10厚度为3-5mm，阴极钼片31厚度为2.5-3.5mm，阳极钼片32厚度为1.5-2.0mm，阳极电极20中的铜层21厚度为3-5mm，阳极电极20中的铝层22厚度为18-24mm。
其中，更为优选的是，阴极电极10铜层厚度为5mm，阳极电极20的铜层21厚度为5mm，阳极电极20的铝层22为19mm，为保证热阻平衡，阴极钼片31厚度增加至3.5mm，阳极钼片32减薄至1.5mm。
通过热阻仿真与试验测试，本发明管壳封装元件之后较传统的铜管壳重量减轻45％，热阻仅增大6％。在可接受范围内，已达到重量大幅减轻的目的，小幅度的热阻变化可忽略不计。此外，经过试验测定，本发明管壳相比传统凸台晶闸管管壳依然具备强度高、气密性好、耐高压、绝缘性能好的优点。因此，本发明的管壳扩宽了应用领域，可应用于对重量要求严格的领域，如航空航天领域等。
通过本申请提供的管壳结构，用纯铝代替大部分铜，达到了管壳减重的目的，利于器件及组件的轻型化。将纯铝设置在阳极电极，与阳极电极中的铜层组装在一起，所形成的铝层与单面的铜层接触的非对称结构减小了接触电阻，降低了接触压降。此外，阳极电极中的铝层更适合与铝散热器直接压接，能够降低接触压降，拓宽了器件的应用领域。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“底”、“顶”、“前”、“后”、“内”、“外”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
虽然在本文中参照了特定的实施方式来描述本发明，但是应该理解的是，这些实施例仅仅是本发明的原理和应用的示例。因此应该理解的是，可以对示例性的实施例进行许多修改，并且可以设计出其他的布置，只要不偏离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围。应该理解的是，可以通过不同于原始权利要求所描述的方式来结合不同的从属权利要求和本文中所述的特征。还可以理解的是，结合单独实施例所描述的特征可以使用在其他所述实施例中。
Claims (10)
1.一种晶闸管元件管壳，包括依次层叠设置的阴极电极、阴极钼片、芯片、阳极钼片和阳极电极，其特征在于，所述阳极电极包括沿管壳厚度方向设置的铜层和铝层，所述阳极电极中的铜层靠近所述芯片一侧，所述阴极电极的厚度小于所述阳极电极的厚度。
2.根据权利要求1所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，所述阳极电极中的铜层与铝层通过压接工艺连接。
3.根据权利要求1所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，所述阴极钼片的厚度大于所述阳极钼片的厚度。
4.根据权利要求1所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，还包括密封环、瓷环，所述阳极电极中的铜层与所述密封环连接，所述密封环与所述瓷环烧结连接。
5.根据权利要求4所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，所述瓷环为波纹裙边状结构或无瓷筋结构。
6.根据权利要求4所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，还包括阴极法兰、阳极法兰，所述阴极法兰、所述阳极法兰、所述密封环均由铜制成，所述阳极电极中的铝层由纯铝制成。
7.根据权利要求1所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，所述阳极钼片与所述阳极电极之间采用定位销、定位环或红胶定位。
8.根据权利要求1所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，还包括门极组件，所述门极组件包括门极线，所述门极线的一端与所述芯片相连。
9.根据权利要求8所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，在所述阴极电极和/或所述阴极钼片上开设有嵌入槽，所述门极线的另一端经过所述嵌入槽与所述瓷环上的门极阀连接。
10.根据权利要求1至9中任一权利要求所述的晶闸管元件管壳，其特征在于，所述阴极电极厚度为3-5mm，所述阴极钼片厚度为2.5-3.5mm，所述阳极钼片厚度为1.5-2.0mm，所述阳极电极中的铜层厚度为3-5mm，所述阳极电极中的铝层厚度为18-24mm。
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