Полупроводниковый модуль Советский патент 1992 года по МПК H01L25/00 

Изобретение относится к полупроводниковой технике, к преобразовательным блокам, и может быть использовано в различных преобразователях электрической энергии и электроприводах.

Известно много полупроводниковых модулей (1, 2), в том числе как паянной так и прижимной конструкции

Основным недостатком таких модулей является сложность конструкции, что создает различные технологические сложности при изготовлении двухключевых модулей с несколькими полупроводниковыми элементами.

Наиболее близким решением является полупроводниковый модуль (3) прижимной конструкции, содержащий основание, но котором в изолирующих втулках расположены полупроводниковые элементы, изолированные от основания, и средства прижима их к основанию в виде крепежного болта с гайкой и плоской крестообразной пружины.

Изолирующие ртулки, с расположенными в них полупроводниковыми элементами расположены по окружности симмет

рично относительно крепежного болта

К недостаткам данного устройства относится сложность сборки, когда полупроводниковые структуры попарно отличаются диаметрами. В этом случае крестообразная пружина, выполненная как единое целое не позволяет варьировать длиной и толщиной плеч и не дает возможности с одинаковым удельным усилием прижать элементы разного диаметра, так как здесь использован принцип равновесия нагрузки на каждом плече. Это ведег к дополнительным механи ческим нагрузкам на малые структуры и делает их потенциально ненадежными, а также ведет куЕеличению массогабаритных размеров модуля.

Целью изобретения является снижение массогабаритов и повышение технологичо

(Л VI

ности модулей, имеющих попарно разные диаметры полупроводниковых элементов.

Указанная цель достигается тем, что в полупроводниковом модуле содержащем основание, на котором в изолирующих втулках расположены полупроводниковые элементы, изолированные от основания, и средства прижима их к основанию в виде крепежного болта с гайкой и плоской крестообразной пружины, в случае использова- ния полупроводниковых элементов, имеющих попарно разные диаметры, вышеупомянутая пружина выполнена составной в виде двух коромысел разной длины и толщины, зафиксированной на направляющих плоскостях крепежного болта.

К признакам, отличающим заявленное решение от прототипа относятся: полупроводниковые элементы имеют попарно разный диаметр; крестообразная пружина выполнена составной в виде двух коромысел разной длины и толщины и зафиксирована на направляющих плоскостях крепежного болта.

На фиг.1 - изображена упрощенная конструкция заявляемого модуля, разрез; на фиг,2 - то же, вид сверху.

Устройство содержит основание 1, изолирующие втулки 2, изолирующие прокладки 3, выполненные из керамики, нижние токосъемы 4, расположенные по горизонтали транзисторные структуры 5, расположенные по вертикали (фиг.2) диодные структуры 6. Транзисторные и диодные структуры имеют разный диаметр. Над полупроводниковыми структурами расположены верхние токосъемы 7, изоляторы 8, полусферы 9, меньшая плоская пружина 10, большая плоская пружина 11, крепежный болт 12, гайка 13.

В полупроводниковом модуле на медном основании (1) размещены две транзисторных (5) и две диодных (6) структуры, которые зафиксированы изолирующими втулками (2). Изолирующие втулки способствуют четкой фиксации полупроводниковых элементов на основании модуля в процессе сборки, следовательно нет необходимости при сборке применять специальную оснастку. Транзисторные и диодные структуры имеют разный диаметр, например. 32 мм и 20 мм соответственно. Структуры потенциально изолированы от основания керамическими прокладками (3) из AIN и расположены на взаимно перпендикулярных осях попарно-симметрично относительно крепежного болта (12). Изолирующие элементы (3), токосъемы (4, 7), полупроводниковые структуры (5, 6), изоляторы (8), полусферы (9), прижаты к основанию при помощи крепежного болта (12) с конической головкой и двух плоских пружин (10, 11) имеющих форму коромысла. На поверхности болта (12) выполнены направляющие плоские срезы, на которых зафиксированы взаимно перпендикулярно относительно друг друга пружины (10, 11); образующие между собой крест. Пружины имеют разную длину и толщину, например,

0 (58-60) х (3-5) - большая пружина и (48-50) х (2,5-3,5) мм - маленькая пружина. Выбор геометрических размеров пружин основан на решении задачи теории сопротивления материалов. Пружина с меньшей длиной и

5 толщиной расположена под большей пружиной. При помощи крепежного болта и плоской крестообразной пружины, состоящей из двух пружин разной величины, создается контактное давление на каждую

0 структуру М 3-3.5 кгс/мм . Расположение пружин крестом позволяет проводить всю сборку 1 ри приложении усилия за один раз по всем структурам, прижимая их как центральным усилием, так и усилием равномер5 но приложенным ко всем структурам, через заранее изготовленное приспособление.

Выполнение пружины составной дает в результате снижение механической нагрузки на малые структуры, разная длина и тол0 щина плеч приводит к снижению массогзбаритов пружины, а за счет остальных упрощений снижаются массогабариты всего модуля. Кроме того, технология изготовления такой пружины гораздо проще,

5 чем технология изготовления целой пружины, что особенно важно при разной толщине плеч.

Токосъем от коллектора и эмиттеро транзисторных структур осуществляется че0 рез медные токосъемы (4, 7). Диодные структуры включены в цепь эмиттер-коллектор медными соединительными шинами. Защитные диоды база-эмиттер вынесены отдельно. Соединительные шины, выводы и

5 защитные диоды на схеме не показаны. Сборка помещена в пластмассовый корпус и залита компаундом Вилад 13-1. Возможна предварительная защита кремнеоргани- ческим компаундом. Собранный прибор

0 представляет собой 2-х ключевой транзисторный модуль на ток до 250 А.

Модуль является плечом фазы трехфазного преобразователя и состоит из двух независимых ключей, собранных на транзи5 сторах типа Дарлингтон и диодов. Каждый ключ работает аналогично дискретному транзистору. Транзисторы имеют защиту по цепи эмиттер - коллектор (в цепь включены диоды 6, фиг.1) и ускоряющие диоды цепи база - эмиттер (не показаны).

При работе модуля в цепь базы входного транзистора подается управляющий сигнал, в результате транзистор отпирается и аналогично отпирает выходной транзистор. Таким образом, в выходной цепи коллектор- эмиттер коммутируется необходимый ток.

Диоды цепи база-эмиттер ускоряют уход зарядов из базы, защищая, таким образом, переход база-эмиттер, а диод цепи эмиттер-коллектор служит защитой этой цепи в момент переключения.

Каждое плечо модуля может использоваться независимо, однако, можно для увеличения величины коммутируемого тока включать оба плеча параллельно.

Предлагаемая конструкция модуля позволяет без применения специальных кассет проводить сборку модуля, имеющего различные диаметры структур, а это позволяет экономичнее использовать кремний, т.к. при изготовлении транзисторных и диодных структур из одного и того же кремния

можно на диодные структуры брать кремний меньшего диаметра, что ведет к экономии кремния примерно на 5-20%.

Кроме того, такая конструкция дает выигрыш в массогабаритных размерах модуля на 10-15%.

Формула изобретения Полупроводниковый модуль, содержащий основание, на котором в изолирующих

втулках расположены полупроводниковые элементы, изолированные от основания, и средства прижима их к основанию в виде крепежного болта с гайкой и плоской крестообразной пружиной,отличающийся тем,

что, с целью снижения массогабаритов и повышения технологичности в случае использования полупроводниковых элементов, имеющих попарно разные диаметры, вышеупомянутая пружина выполнена составной

в виде двух коромысел разной длины и толщины, зафиксированной на направляющих плоскостях крепежного болта. S2#

Использование в различных преобразователях электрической энергии и электроприводах.Сущность изобретения полупроводниковые элементы, имеющие попарно разные диаметры, расположены попарно-симметричноотносительно крепежного болта на взаимно перпендикулярных осях и прижачы к основанию при помощи крепежного болта с конической головкой и двух плоских пружин имеющих форму коромысла и образующих между собой крест Пружины имеют разную длину и толщину, при этом меньшая пружина расположена под большей пружиной, а концы каждой из пружин передают давление соответствующим полупроводниковым элементам 2 ил

S