CS215798B1

CS215798B1 - Výkonový polovodičový modul

Info

Publication number: CS215798B1
Application number: CS506980A
Authority: CS
Inventors: Bohumil Kolman; Vladimir Jirutka; Jiri Pliva
Original assignee: Bohumil Kolman; Vladimir Jirutka; Jiri Pliva
Priority date: 1980-07-17
Filing date: 1980-07-17
Publication date: 1982-09-15

Abstract

Vynález se týká výkonového polovodičového modulu s nejméně dvěma polovodičovými systémy, tepelně vodivě a elektricky izolovaně spojenými se základnou tak, že každý polovodičový systém dosedá na vývodní kontaktní plech, který je přes keramickou podložku tepelně vodivě spojen se základnou a na horní kontakt každého polovodičového systému dosedá další vývodní, resp. propojovací kontaktní plech, na němž je umístěna elektricky izolační vložka, přičemž vývodní a propojovací kontaktní plechy jsou k polovodičovým systémům a k základně přitlačovány pomocí centrálního šroubu upevněného v základně a soustavy pružin. Polovodičové systémy spolu s vývodními a propojovacími kontaktními plechy a s přítlačným systémem jsou uspořádány v dutině pouzdra, pružiny přítlačného systému jsou provedeny jako talířové, jsou nasazeny na dříku centrálního šroubu a opírají se o tuhý příčník, který dosedá na elektricky izolační vložky.

Description

(54) Výkonový polovodičový modul

215 798

Vynález ee týká výkonového polovodičsvého modulu β nejméně dvěma polovodičovými systémy, tepelně vodivě a elektricky izolovaně spojenými se základnou.

Výkonové polovodičové moduly jsou polovodičové součástky, obsahující několik polovodi čových systémů, zpravidla zapouzdřených v plastu, sloužící k usměrňování, regulaci a ovládání střídavého proudu. Moduly jsou osazeny polovodičovými systémy diodovými, tyristorovými, případně tranzistorovými nebo jejich kombinacemi. Podle způsobu vnitřního propojení může být modul použit např. jako větev usměrňovaciho můstku nebo jako ovladač střídavého proudu.

Z hlediska vnitřní konstrukce lze výkonové polovodičové moduly dělit na dva typy, na moduly pájené a na moduly s přítlačnou konstrukcí. U pájeného typu jsou všechny styky tvořeny pájkou a u typu s přítlačnou konstrukcí se jedná o tlakové kontakty. Pájený typ modulu se skládá z masivní měděné základny, která slouží k odvodu ztrátového tepla z polovodičových systémů a k připevnění modulu aa chladič. Na základnu jsou připájeny Izolační keramické podložky např. z berylnaté, korundové nebo jiné keramiky. Před pájením musí být kera mické destičky vhodně pokoveny, např. směsí molybdenu - manganu, nebo napařením tenké kovové vrstvy, která je ještě galvanicky zesílena. Po obvodu destičky musí zůstat nepokovená část, aby byla zajištěna požadovaná izolační pevnost. Na keramickou destičku je připájen dolní kontakt a na něj vlastní polovodičový systém, na který je déle připájen horní kontakt. Vzhledem k pnfatí po připájení musí být oba kontakty z masivního materiálu, aby nedošlo k poškození vlastního polovodičového systému. Kontakty polovodičových systémů jsou spojeny propojovacími plechy podle požadovaného typu zapojení navzájem a vývodními plechy s vnějšími vývody modulu.

Proti polovodičovému modulu pájenému je modul s přítlačnou konstrukcí sestaven z většího počtu dílů, které však nejsou tak masívní. Díly přítlačné konstrhkc· jsou jednodušší a lze je vyrábSt ekonomicky výhodnými operacemi lisováním, případně se jedná o díly normalizované. Proti pájenému modulu však dochází k úspoře energie potřebné k pájení, napaření keramických destiček, galvanického pokovení a k úspoře materiálů pro napařování, pokovení, pájení a zejména materiálů pro dolní kontakt. Z ekonomického hlediska je polovodičový modul β přítlačnou konstrukcí výhodnější.

Jsou známy polovodičové moduly, kde jsou polovodičové prvky uspořádány ve vybráních pouzdra uzavřeného dnem a víkem a dosedají na vývodní kontaktní pásky izolované od základny destičkou např. z berylnaté keramiky. Kontaktní pásky spojují elektricky vybrání pouzdra a jsou spolu s kontaktními elektrodami přitlačovány k polovodičovým prvkům pomocí listových pružin, opírajících se o můstek, ležící mezi vybráními a upevněných šroubem zašroubovaným do masívní rovné základny s otvory pro připevnění chladiče. Vnější silové vývody jsou provedeny přehnutými pásky.

Přítlačná konstrukce polovodičového modulu musí zajistit potřebný přítlak systému na podložku, a tím zaručit dobrý elektrický a tepelný kontakt se základnou. Vlastní konstrukce musí být z prostorového hlediska úsporná. Dále je třeba, aby montáž přítlačné konstrukce byla jednoduchá a nastavení a zajištění přítlačné síly bylo snadné.

215 798

Tyto požadavky splňuje výkonový polovodičový modul podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že polovodičové systémy spolu s vývodními a propojovacími kontaktními plechy a s přítlačným systémem jsou uspořádány v dutině pouzdra, přičemž pružiny přítlačného systému jsou provedeny jako talířové, jsou nasazeny na dříku centrálního šroubu a opírají se o tuhý příčník, který dosedá na elektricky izolační vložky.

Pro osazení modulu tyristorovými systémy je ve vývodním, resp. propojovacím kontaktním plechu, v horním kontaktu, v elektricky izolační vložce a v tuhém příčníku vytvořen otvor pro řídící vývod, spojený s konektorovým kolíkem, upevněným ve víku modulu. Alternativně je soustava talířových pružin umístěna mezi tuhý příčník a elektricky izolační vložku každého polovodičového systému.

Základna je vytvořena ve tvaru obdélníku, který je po celém obvodu osazen, přičemž v obou kratších stranách obdélníku jsou v osazené části vytvořeny otvory pro připojení modulu na chladič.

Dutina pouzdra modulu je zalita izolační hmotou.

Výkonový polovodičový modul podle, vynálezu splňuje požadavek jednoduché montáže přítlačné konstrukce. Použití talířových pružin jako pružného elementu je výhodné, protože jsou pro požadovanou sílu rozměrově menší než jiné druhy pružin a potřebné síly lze dosáhnout malým stlačením. Výroba talířových pružin je snadná a jejich použitím je dosaženo snížení hmotnosti modulu. Konstrukce základny modulu podle vynálezu zaručuje potřebnou tuhost a je jí dosaženo větší vzdáleností PN přechodu polovodičového systému od vnějšího prostředí, čímž je zaručena lepší odolnost proti pronikání vlhkosti.

Výkonový polovodičový modul podle vynálezu je znázorněn na příčném řezu na výkresu.

V dutině pouzdra 1 modulu, uzavřeného víkem 2 jsou uspořádány dva polovodičové systémy 2» ^v daném případě tyristory, z nichž každý dosedá ny vývodní kontaktní plech 4, resp.

2, který je přes keramickou podložku 6 tepelně vodivě spojen se základnou 7. Na herní kontakty 8 polovodičových systémů 3 dosedá další vývodní 2» resp· propojovací 4a kontaktní plech, na kterém je umístěna elektricky izolační vložka 10. Vývodní kontaktní plechy £, 2» 9,, procházejí víkem 2 a tvoří vnější přívody modulu. Dokonalý elektrický a tepelný kontakt zajišžuje přítlačná konstrukce, skládající se z centrálního šroubu 11, na jehož dříku je nasazena talířová pružina 12, opírající se o tuhý příčník 13, který dosedá na elektricky izolační vložky 10. Centrální šroub 11 je zašroubován do základny J a na jeho dříku mezi tuhým příčníkem 13 a základnou 7 je nasazena izolační trubička 14. Pro osazení polovodičového modulu tyristory jsou ve vývodním 9 resp. propojovacím 4a kontaktním plechu, horních kontaktech 8, v elektricky izolačních vložkách 10 a v tuhém příčníku 13 vytvořeny otvory pro řídicí vývody 15. spojené s konektorovými kolíky 16. upevněnými ve víku £ modulu. Místo jedni talířové pružiny 12 přítlačné konstrukce může být použito několika paralelně řazených pružin a alternativně mohou být talířové pružiny 12 umístěny mezi tuhý příčník 13 a elektricky izolační vložky 10. Velikost přítlačné síly se nastaví a zjistí utažením centrálního šroubu 11. Přítlačná síla se přenáší tuhým příčníkem 13 na jednotlivé polvodičové systémy 2·

215 798

Základna 7 je vytvořena ve tvaru obdélníku, který je po celém obvodu osazen. Polovodičové systémy 2 jsou potom umístěny na obdélníkovém výstupku. Dosedací plocha pod systémy vyžaduje kvalitní opracován o co nejmenší drsností a zachováaním rovinnosti. Obvodová plocha zase vzhledem k tmelení cxlu z plastu vyžaduje vyšší drsnost pro dosažení lepší adheze. V osazení části základny 7 jsou v obou kratších stranách vytvořeny otvory 17 pro připojení modulu na chladič.

V případě potřeby může být získána větší izolační pevnost tím, že keramická podložka 6 přesahuje přes obvod výstupku základny 7, vzniklý osazením, a tím lze účelně využít stykovou plochu pro co největší PN systém.

Po montáži všech dílů modulu je před uzavřením víka 2. zalita dutina pouzdra 1 izolační hmotou 18.

Claims

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Výkonový polovodičový modul s nejméně dvěma polovodičovými systémy, tepelně vodivě a elektricky izolovaně spojenými se základnou tak, že každý polovodičový systém dosedá na vývodní kontaktní plech, který je přes keramickou podložku tepelně vodivě spojen se základnou a na horní kontakt každého polovodičového systému dosedá další vývodní, resp. propojovací kontaktní plech, na němž je umístěna elektricky izolační vložka, přičemž vývodní a propojovací kontaktní plechy jsou k polovodičovým systémům a k základně přitlačovány pomocí centrálního šroubu upevněného v základně a soustavy pružin, vyznačený tím, že polovodičové systémy spolu s vývodními a propojovacími kontaktními plechy a s přítlačným systémem jsou uspořádány v dutině pouzdra, přičemž pružiny (12) přítlačného systému jsou provedeny jako talířové, jsou nasazeny na dříku centrálního šroubu (11) a opírají se o tuhý příčník (13), který dosedá na elektricky izolační vložky.
2. Výkonový polovodičový modul podle bodu 1, vyznačený tím, že ve vývodním (9), resp. propojovacím (4a) kontaktním plechu, v horním kontaktu (8) polovodičového systému (3), v elektricky izolační vložce (10) a v tuhém příčníku (13) je vytvořen otvor pro řídicí vývod (15) spojený s konektorovým kolíkem (16), upevněným ve víku (2) modulu.
3. Výkonový polovodičový modul podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že soustava talířových pružin (12) je umístěna mezi tuhý příčník (13) a elektricky izolační vložku (10) každého polovodičového systému (3).
4. Výkonový polovodičový modul podle bodu 1, 2 a 3, vyznačený tím, že základna (7) je ve tvaru obdélníku, který je po celém obvodu osazen, přičemž v obou kratších stranách obdélníku jsou v osazené části vytvořeny otvory (17) pro připojení modulu na chladič.
5. Výkonový polovodičový modul podle bodu 1, 2, 3 a 4, vyznačený tím, že dutina pouzdra (l) modulu je zalita izolační hmotou (18).