CS226323B1 - výkonový polovodičový modul - Google Patents

Description

Vynález se týká výkonového polovodičového modulu, alespoň s jedním polovodičovým systémem, uloženým v uzavřeném pouzdře, kde každý polovodičový systém je opatřen vlastní přítlačnou soustavou.

Výkonové polovodičové měniče slouží k řízení, ovládání a usměrňování střídavého proudu. Obsahují zpravidla několik polovodičových systémů, např. diod, tyristorů, tranzistorů, případně jejich kombinace. Polovodičové moduly jsou zality v plastu.

Z konstrukčního hlediska lze výkonové polovodičové moduly rozdělit na dva základní typy a to na moduly pájené a na moduly s přítlačnou konstrukcí. U péjeného typu jsou všechny styky tvořeny pájkou a u typu s přítlačnou konstrukcí se jedná o tlakové kontakty.

Polovodičové moduly s přítlačnou konstrukcí se skládají z většího počtu jednoduchých a méně nákladných dílů, vyráběných ekonomicky výhodnými metodami, např. lisováním.

Jsou známy polovodičové moduly, kde polovodičové prvky uspořádané ve vybráních pouzdra, dosedají na vývodní kontaktní plechy Izolované od dna keramickou destičkou. Kontaktní pásky spojují vybrání pouzdra a jsou spolu s kontaktními elektrodami přitlačovény k polovodičovým prvkům listovými pružinami, která se opírají o můstek mezi vybráními a jsou upevněny šroubem zakotveným ve dně modulu.

Dále jsou známy moduly, kde polovodičové systémy dosedají na vývodní plechy, které jsou přes keramickou podložku tepelně spojeny se základnou a na horní kontakt polovodičových eystámů dosedají vývodní resp. propojovací plechy a na ně elektricky izolační podložky, která tuto sestavu elektricky oddělují od přítlačné konstrukce tvořené soustavou talířových 226323 pružin na dříku centrálního šroubu a tuhým příčníkem, kterým se přítlačné síla přenáší na sestavy systémů.

Další známé řešení spočívá v tom, že ve vybráních kovového dna modulu jsou na kontaktních péscích, tepelné spojených se dnem, ale elektricky ode dna Izolovaných, usazeny polovodičové systémy. Ty jsou vzájemně .propojeny propojovacími pásky. Každý polovodičový systém je přitlačován listovou pružinou, upevněnou na dvou místech ve dnš modulu.

Přítlačné konstrukce modulu musí zajistit potřebný přítlak systému na podložku a tím zaručit dobrý elektrický kontakt pro přenos proudu a dobrý tepelný kontakt pro přenos ztrátového tepla ze systému. Vlastni, přítlačné konstrukce musí být prostorově úsporné. Déle je třeba,, aby montáž celého modulu byla jednoduchá a nastavení a zajištění přítlačné síly snadné.

Ta část modulu, které slouží k uchycení přítlačné konstrukce a k připevnění součástky na chladič musí být tuhé, aby se nedeformovala působením přítlačné síly. Případná deformace by měla za následek špatné dosednutí dílů sestavy nebo součástky na chladič, což by vedlo k poškození součástky nebo k omezení její funkce. Déle je kladen požadavek na dobrou tepelnou vodivost základny, aby byl zajištěn dobrý odvod tepla z polovodičového systému do chladiče.

Uvedené požadavky splňuje výkonový polovodičový modul alespoň s jedním polovodičovým systémem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že každý polovodičový systém mé svůj chladicí čep, který prochází nosnou deskou a tvoří vnější dosedací plochu modulu. Polovodičový systém je se svým chladicím čepem tepelně spojen, avšak elektricky je od něj izolován keramickou podložkou, vloženou mezi chladicí čep a vývodní plech. Vlastní přítlačné soustava každého polovodičového systému je tvořena nejméně jednou talířovou pružinou nasazenou na izolační vložce, které svojí spodní částí dosedá na polovodičový systém, dále příčníkem, který je nasazen na horní části izolační vložky a dosedá na talířovou pružinu a šrouby, procházejícími příčníkem a zakotvenými v nosné desce.

Pro osazení modulu tyristorovými systémy je u každého polovodičového systému v horním kontaktu, vývodním resp. propojovacím plechu, Izolační vložce a příčníku vytvořen otvor pro vyvedení řídicího kontaktu na konektor.

Alternativně je v izolační vložce vytvořena dutina, ve které je umístěna přítlačné soustava řídicí elektrody, složené z řídicího kontaktu a pružinky, opírající se o středící vložku.

Chladicí čepy jsou vytvořeny z materiálu s vyšší tepelnou vodivostí, např. z mědi, než je tepelné vodivost materiálu nosné desky.

Konstrukoe výkonového polovodičového modulu podle vynálezu zejištuje rovnoměrný přítlak na každém polovodičovém systému, přičemž nastavení a zajištění přítlačné síly je jednoduché. Použitím chladicích čepů, vyrobených z materiálů s vyšší tepelnou vodivostí· - např. z mědi - než je tepelné vodivost materiálu nosné desky - např. ocel - je dosaženo úspory neželezných kovů při zajištění dostatečně rychlého odvodu tepla z polovodičová součástky.

Dva příklady provedení výkonového polovodičového modulu podle vynálezu, jsou na přiloženém výkresu, kde na obr. 1 je znázorněn modul s jedním polovodičovým systémem v příčném a podélném řezu a na obr. 2 je v podélném řezu hybridní polovodičový modul se dvěma polovodičovými systémy.

V pouzdře z plastu, které se skládá z krytu 1 a vlka 2 je umístěn polovodičový systém 2, v tomto případě tyristor, který je tepelně spojen přes vývodní plech X a keramickou podložku X s chladicím čepem 6.

Chladicí čep g prochází nosnou deskou 2 a tvoří dosedací plochu 8 modulu. K polovodičovému systému 2 je déle přitlačován horní kontakt g a vývodní plech 10. Přítlačné konstrukce, které se sklédé z talířových pružin 1.1 stažených přes příčník 12 Šrouby 13 zakotvenými v nosné desce 2> j® elektricky izolována od vývodnlho plechu 10 izolační vložkou 14 z plastu. V izolační vložce 14 je umístěna přítlačná soustava řídicí elektrody tvořena řídicím kontaktem 12, pružinkou 16 a středící vložkou lg. Řídicí kontakt 15 je vyveden na konektor 17 ve vlku 2. Pro zmenšení měrného tlaku od přítlačné konstrukce je izolační vložka 14 opatřena kovovými přlložkami lg. Na dříku každého šroubu 13 je navlečena izolační trubička 20. Dutina pouzdra je vyplněna plastem 21. Vývodní plechy 4 a 10 tvoří vnější vývody modulu.

V nosné desce 2 jsou otvory 23 pro upevnění modulu na chladič.

Hybridní polovodičový modul podle vynálezu zobrazený v podélném řezu na obr. 2 je osazen dvěma polovodičovými systémy - diodovým 3fi, tyristorovým 3b. Každý polovodičový systém 3a. 312 mé svůj chladicí čep g, s nímž je tepelně spojen, avšak elektricky je od něj izolován keramickou podložkou g vloženou mezi chladicí čep 6 a vývodní plech 4. 22. Chladicí čepy6 procházejí nosnou deskou 2, tvoří dosedací plochu modulu §. Na vývodní plechy 4» jsou systémy 3a> 32 přitlačovény talířovými pružinami li, které jsou umístěny v ose systémů 3a, 3b a stlačeny přes příčník 12 šrouby 13 zakotvenými v nosné desce 2· Elektricky je přítlačné konstrukce od horního kontaktu g a vývodnlho 10 resp. propojovacího plechu 22a odizolována izolační vložkou 14.

U tyristorového systému 3b je v horním kontaktu g, propojovacím plechu 22a. izolační vložce 14 a příčníku 12 otvor pro vyvedení řídicího kontaktu 15 na konektor 17 ve vlku 2. Dutina pouzdra je vyplněna plastem 21. Vývodní plechy 4, 22 tvoří vnějěí vývody modulu.

V nosné desce 2 jsou otvory 2g pro upevnění součástky na chladič.

Izolační vložka 14 je vyrobena z plastu nebo z keramiky. Nosné deska 2 modulu je např. ocelové, neopracované, pouze nařezané z tyčového polotovaru. Opracovány jsou pouze dosedací plochy chladicích čepů. K nosné desce 2 je připevněn kryt i pouzdra modulu a po montáži je dutina krytu vyplněna plastem 21 a poté je nasazeno víko 2. Po vytvrzení plastu se ohnou vývodní plechy 4, 12, 22.

Claims (5)

PŘEDMĚT VYNÁLEZU

1. Výkonový polovodičový modul alespoň s jedním polovodičovým systémem, uloženým v uzavřeném pouzdře, kde každý polovodičový systém je opatřen vlastní přítlačnou soustavou, vyznačený tím, že každý polovodičový systém (3 resp. 3a, 3b) mé svůj chladicí čep (6), který prochází nosnou deskou (7) a tvoří vnější dosedací plochu (8) modulu, přičemž polovodičový systém (3 resp. 3a, 3b) je se svým chladicím čepem (6) tepelně spojen, avšak elektricky je od něj izolován keramickou podložkou (5), vloženou mezi chladicí čep (6) a vývodní plech (4) a dále vlastní přítlačná soustava každého polovodičového systému (3 resp. 3a, 3b) je tvořena nejméně jednou talířovou pružinou (11), nasazenou na izolační vložce (14), déle příčníkem (12), který je nasazen na horní části izolační vložky (14) a dosedá na talířovou pružinu (11) a šrouby (13), procházejícími příčníkem (12) a zakotvenými v nosné desce (7).

2. Výkonový polovodičový modul podle bodu 1, vyznačený tím, že u každého polovodičového systému (3, resp. 3a, 3b) je v horním kontaktu (9), vývodním (10), resp. propojovacím, plechu (22a), izolační vložce (14) a příčníku (12) vytvořen otvor pro vyvedeni řídicího kontaktu (15) na konektor (17).

3. Výkonový polovodičový modul podle bodu 1 a 2, vyznačený tím, že v izolační vložce (14) je vytvořena dutina, ve které je umístěna přítlačné.soustava řídicí elektrody, složené z řídicího kontaktu (15) a pružinky (16), opírající se o středící vložku (18).

4. Výkonový polovodičový modul podle bodu 1, 2 a 3, vyznačený tím, že izolační vlož ka (14) je na svá spodní části opatřena kovovými příložkami (19).

5· Výkonový polovodičový modul podle bodu 1, 2, 3 a 4, vyznačený tím, že chladicí čepy (6) jsou vytvořeny z materiálu s vyšSí tepelnou vodivosti, např. z mšdi, než je tepelná vodivost materiálu nosná desky (7).