CN1945815A - 一种电力电子功率器件模块 - Google Patents

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CN1945815A CN 200610102074 CN200610102074A CN1945815A CN 1945815 A CN1945815 A CN 1945815A CN 200610102074 CN200610102074 CN 200610102074 CN 200610102074 A CN200610102074 A CN 200610102074A CN 1945815 A CN1945815 A CN 1945815A
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宋晓飞
宋希振
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Abstract

本发明属于电力设备用半导体功率器件技术领域，具体地讲涉及一种电力电子功率器件模块。构成该电力电子功率器件模块的技术方案为：包括有作为散热片的底板、具有散热功能的绝缘板、贴于该绝缘板上的电子芯片、用于固定绝缘板和电子芯片的固定部件和壳体；与绝缘板相贴合的底板处为一凸起平面，即绝缘板贴于该凸起平面上；凸起平面不大于所述绝缘板的形状和面积。该结构在不增加绝缘板厚度的情况下，可以使得电力电子功率器件模块中电子芯片的工作电流由原来的250A提高到600A、工作电压由原来的2000V提高到4800V以上，满足了对高压大功率电力电子功率器件模块的需求。

Description

一种电力电子功率器件模块
                           技术领域
本发明属于电力设备用半导体功率器件技术领域，具体地讲涉及一种由金属材料构成的底板、具有散热功能的绝缘板、贴于该绝缘板上的电子芯片、由螺杆固定的压块、套管、碟形弹簧和压板构成的电子芯片固定部件及外壳构成的电力电子功率器件模块。
                           背景技术
在现代化的生产和工程建设中，所使用的电力电子设备功率越来越大，因此，对应所需求的电力电子器件模块的功率也越来越大。目前，所使用的电力电子器件模块的结构包括有：由金属材料构成的散热底板、通过由螺杆固定的压块、套管、碟形弹簧和压板等构件构成的电子芯片固定部件、紧固于该散热底板上的具有散热功能的绝缘板、贴于该绝缘板上的电子芯片、以及外壳体。该结构的器件模块由于电子芯片与散热底板间仅有1.5毫米左右厚的具有散热功能的绝缘板相隔，也即电子芯片与由金属材料构成的散热底板间只有1.5毫米左右的距离，因此，当电子芯片的工作电流达到250A时，二者间的最高电击穿电压为2000V。如果要提高该电力电子器件模块的电功率，也即增加其工作电流或提高其工作电压，就必须增加绝缘板的厚度。其结果是增加了绝缘板的热阻，降低了其散热性能；当器件模块的工作电流达到一定值时，由于散热不充分的原因会导致器件模块的烧毁报废的后果。因此，现有技术的电力电子功率器件模块的结构限制了器件模块电功率的提高，不能满足现代化生产和工程建设的要求。
                           发明内容
本发明的目的就是提供一种电击穿电压高、大功率的电力电子功率器件模块。
实现本发明上述目的所采用的技术方案为：
一种电力电子功率器件模块，包括有作为散热片的底板、具有散热功能的绝缘板、贴于该绝缘板上的电子芯片、用于固定绝缘板和电子芯片的固定部件和壳体；与所述绝缘板相贴合的底板处为一凸起平面，即所述的绝缘板贴于该凸起平面上；所述的凸起平面不大于所述绝缘板的形状和面积。
其附加技术特征为：
所述底板上的凸起平面与与之相贴的散热绝缘板的形状相同；
所述底板上的凸起平面为其周围由一形状相匹配的环形凹槽形成；
在所述的底板上凸起平面周围环形凹槽中镶嵌有相匹配环形绝缘条；
所述的壳体底部设置有与所述的凸起平面相对应的凸环。
本发明所提供的电力电子功率器件模块与现有技术相比，由于在底板上设置有一体结构的凸起平面，固定有电子芯片的绝缘板贴于该凸起平面上，增加了电子芯片与底板间的电击穿距离，因此，在不增加或减小绝缘板厚度的情况下，可以使得电力电子功率器件模块中电子芯片的工作电流由原来的250A提高到600A、击穿电压由原来的2000V提高到了4800V以上，满足对高压功率器件模块的需求。
                         附图说明
图1为电力电子功率器件模块的结构示意图；
图2为图1所示电力电子功率器件模块散热部件底板的结构示意图；
图3为第二种电力电子功率器件模块的结构示意图；
图4为图3所示电力电子功率器件模块散热部件底板的结构示意图。
                       具体实施方式
下面结合附图对本发明所提供的一种电力电子功率器件模块的结构和使用原理做进一步详细说明。
如图1所示，为电力电子功率器件模块的结构示意图，包括有由金属铜质、铝质或合金材料构成的散热部件底板1，如图2所示该底板上开有两个环形凹槽2、3，该环形凹槽的中部形成圆形凸面4和5，在该两个圆形凸面上分别贴有具有散热功能的绝缘板6、7，由螺杆9固定的压块10、套管11、垫板19、碟形弹簧12和压板13构成的电子芯片固定部件及外壳14将具有整流或其他功能的电子芯片8及绝缘板固定在散热部件底板上。上述外壳14的底部设置有与两个环形凹槽2、3相匹配的环形凸环16，该环形凸环正好卡在对应的两个环形凹槽中。
该结构的电力电子功率器件模块，由于电子芯片被固定在由环形凹槽形成的圆形凸面上的绝缘板上，且电子芯片与金属材料构成的散热部件底板的放电距离由环形凹槽的槽宽来决定，该凹槽的宽度远远大于没有环形凹槽时由散热部件底板厚度决定的电击穿距离。因此增大了电子芯片与散热部件底板间的电击穿距离，提高了电力电子功率器件模块中电子芯片的击穿电压，从而增大了器件模块的电功率。
上述电力电子功率器件模块的结构中，底板上环形凹槽的数目与设定的电子芯片的数目相对应。即每一个电子芯片对应一个环形凹槽，也即每一个电子芯片通过具有散热功能的绝缘板固定在由一个环形凹槽形成的圆形凸面上。
为了进一步提高电子芯片与金属材料构成的散热部件底板间的击穿电压，即在上述结构的环形凹槽中镶嵌有相匹配的环形绝缘条15。
如图3所示，为第二种电力电子功率器件模块的结构示意图，即包括有由金属铜质、铝质或合金材料构成的散热部件底板1，该底板上设置有两个与之为一体结构的圆形凸面17和18(如图4所示)，在该两个圆形凸面上分别贴有具有散热功能的绝缘板6、7，由螺杆9固定的压块10、套管11、垫板19、碟形弹簧12和压板13构成的电子芯片固定部件及外壳14，将具有整流或其它功能的电子芯片8及绝缘板固定在散热部件底板上。其中外壳底部的环形凸环16正好套在两个圆形凸面的外侧面，作为电子芯片与底板间的绝缘介质，有利于电击穿电压的提高。
该结构的电力电子功率器件模块，由于设置于散热部件底板1上的圆形凸面17和18具有一定的高度，同样增加了固定于该圆形凸面上的电子芯片与底板间的放电距离，提高了电力电子功率器件模块中电子芯片的击穿电压，增大了器件模块的电功率。
在上述两种电力电子功率器件模块的结构中，无论是由环形凹槽形成的凸面，还是直接设置于散热部件底板上的构成一体结构的凸面，既可以是圆形凸面，也可以是与绝缘板、电子芯片相对应的其他如矩形、三角形的异形凸面。但凸面的形状小于、最好是相等于绝缘板、电子芯片的形状，以防止电子芯片与凸面间产生电击穿，造成电子芯片烧毁现象的发生。

Claims (5)

1、一种电力电子功率器件模块，包括有作为散热片的底板、具有散热功能的绝缘板、贴于该绝缘板上的电子芯片、用于固定绝缘板和电子芯片的固定部件和壳体；其特征在于：与所述绝缘板相贴合的底板处为一凸起平面，即所述的绝缘板贴于该凸起平面上；所述的凸起平面不大于所述绝缘板的形状和面积。
2、根据权利要求1所述的一种电力电子功率器件模块，其特征在于：所述底板上的凸起平面与与之相贴的散热绝缘板的形状相同。
3、根据权利要求1或2所述的一种电力电子功率器件模块，其特征在于：所述底板上的凸起平面为其周围由一形状相匹配的环形凹槽形成。
4、根据权利要求3所述的一种电力电子功率器件模块，其特征在于：在所述的底板上凸起平面周围环形凹槽中镶嵌有相匹配环形绝缘条。
5、根据权利要求1所述的一种电力电子功率器件模块，其特征在于：所述的壳体底部设置有与所述的凸起平面相对应的凸环。
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CN101887888A (zh) * 2009-05-11 2010-11-17 英飞凌科技股份有限公司 包括相互间隔开的衬底的功率半导体模块
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CN109600966A (zh) * 2018-11-28 2019-04-09 清华大学 一种可用于固态式直流断路器的散热装置

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