一种功率半导体器件均压结构

专利摘要:
一种功率半导体器件均压结构，包括：半导体器件(3)、压装组件、平压块(2)和碟簧组件；所述碟簧组件包括碟簧压块(4)和多个碟簧(7)，所述碟簧(7)均匀布置，完全覆盖所述半导体器件(3)；所述压装组件为柱形结构，所述半导体器件(3)、所述平压块(2)和所述碟簧组件均设置于所述柱形结构内，通过所述压装组件对所述半导体器件(3)、所述平压块(2)和所述碟簧组件施加压力实现均压；本实用新型提供的一种功率半导体器件均压结构，结构紧凑，在获得较均匀压力的同时，使压装体的厚度尺寸较小，降低了压装体的重量；使用了带凸缘导向杆，可以对碟簧定位，凸缘的外径还用于导向。
公开号:CN214336702U
申请号:CN202022961342.3U
申请日:2020-12-10
公开日:2021-10-01
发明作者:李云鹏；谢剑；王治翔；王成昊；乔丽；高冲
申请人:Global Energy Interconnection Research Institute；
IPC主号:H01L23-32

专利说明:
[n0001] 本实用新型涉及一种压装结构，具体涉及一种功率半导体器件均压结构。
[n0002] 功率半导体器件——二极管、晶闸管、IGBT等，是电力电子工程应用中的重要部件，某些高电压、大电流的功率半导体器件，在使用时应具有一定的压紧力。根据器件的大小不同，压紧力的大小可能达到几吨～十几吨之间。所以，一般将一个或数个功率半导体器件、以及散热器、压块以及母排等，按规定的压紧力做成一个压装组件来使用，半导体器件表面的压力均匀性很重要，关系到器件的工作性能和寿命。
[n0003] 由于功率半导体器件工作时的温升较高，而压装体可能是由包含钢、铝、铜以及绝缘件等不同材料的零件压装而成，各种材料的线膨胀系数不同，当温度变化时会造成压紧力的波动，因此，在压装时一般还使用一定数量的碟形弹簧，用于补偿温度变化带来的压紧力波动。根据器件的结构尺寸、压力大小等参数的不同，在压装时，可能只用1个碟簧，也可能需要用多个碟簧通过叠合、对合以及串并联等方式来组合使用。
[n0004] 通常来说，功率半导体器件的尺寸与碟簧的内径或者外径相比，可能相差较大。而不论使用何种材料的压块，其厚度对于力的传递、以及均匀性都有较大影响，比如，厚度较薄的时候，在压块与半导体器件的接触平面上，与碟簧接近的受力点附近应力很大，远离受力点的位置应力较小。对于一般的塑性材料来说，力的传递基本是按照90°的锥角传递的。因此，为了在功率半导体器件的工作表面获得较均匀的受力，就不得不采用具有一定厚度的压块进行压装。
[n0005] 功率半导体器件有圆形的，也有方形的，对于圆形来说，压接面压力的均匀性主要取决于压块的厚度以及碟簧的直径，压块过薄，将导致碟簧直径对应的部位应力过大、呈同心圆的状态向内及向外减小。对于方形的功率半导体器件来说，需要更厚的压块，才能保证通过碟簧的圆形线接触表面施加的压力传递到半导体器件的方形表面上，这些情况导致压装体的结构尺寸较大，同时也增加了设备的重量。
[n0006] 此外，碟簧受力直径较小的场合，还会使得两侧压板的受力接近于中部集中载荷，因而两侧压板的厚度也需要相应的增加。
[n0007] 无论何种情况，都可能导致压装体的结构尺寸较大，同时也增加了设备的重量。
[n0008] 针对半导体压装时，压块厚度较薄会造成受力不均，所以需要较厚的压块，导致压装提的结构尺寸较大，同时增加了设备的重量的问题，本实用新型提供了一种功率半导体器件均压结构，包括：多个弹性件、定位装置和压装组件；
[n0009] 所述多个弹性件配合半导体组件的形状以阵列方式设置于所述半导体组件的一侧；
[n0010] 所述定位装置设置于所述半导体组件和弹性件之间，用于固定所述弹性件；
[n0011] 所述压装组件将所述多个弹性件、定位装置和所述半导体组件进行压装。
[n0012] 优选的，所述弹性件包括碟簧(7)和导向杆(6)；
[n0013] 所述导向杆(6)具有凸缘结构，所述导向杆(6)的凸部穿过所述碟簧(7)固定于定位装置上。
[n0014] 优选的，所述导向杆(6)的凸部直径等于所述碟簧(7)的内径，所述导向杆(6)的平台直径大于所述碟簧(7)的内径。
[n0015] 优选的，所述半导体组件包括半导体器件(3)和与半导体器件(3)结构匹配的平压块(2)，所述平压块(2)的数量比半导体器件(3)的数量多一个，且与所述半导体器件(3)间隔设置。
[n0016] 优选的，所述定位装置为碟簧压块(4)，所述碟簧压块(4)具有多个凹槽，每个导向杆(6)的平台均设置于一个凹槽内，且所述凹槽的直径与所述导向杆(6)的平台直径相同，所述凹槽深度由所述导向杆(6)平台厚度与碟簧(7)的行程确定。
[n0017] 优选的，所述凹槽的深度大于所述导向杆(6)平台的深度与所述碟簧(7)的行程之和，小于所述碟簧压块(4)的厚度。
[n0018] 优选的，当所述半导体器件(3)的形状为方形时，所述多个凹槽呈矩形阵列布置。
[n0019] 优选的，当所述半导体器件(3)的形状为圆形时，所述多个凹槽呈中心阵列布置。
[n0020] 优选的，所述压装组件包括两块压板和紧固件；
[n0021] 所述两块压板设置于所述弹性件和半导体组件两侧，所述紧固件穿过所述两块压板，并固定所述压板。
[n0022] 优选的，所述平压块(2)采用的器件包括散热器、绝缘板或者母排。
[n0023] 与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：
[n0024] 1、本实用新型提供的一种功率半导体器件均压结构包括：包括：多个弹性件、定位装置和压装组件；所述多个弹性件配合半导体组件的形状以阵列方式设置于所述半导体组件的一侧；所述定位装置设置于所述半导体组件和弹性件之间，用于固定所述弹性件；所述压装组件将所述多个弹性件、定位装置和所述半导体组件进行压装；多个弹性件阵列布局的方式，使本实用新型结构紧凑，在获得较均匀压力的同时，使压装体的厚度尺寸较小，降低了压装体的重量；
[n0025] 2、本实用新型提供的一种功率半导体器件均压结构，使用了带凸缘导向杆，可以对碟簧定位，凸缘的外径还用于导向；组装时，不论是移动、翻转等，都不会造成碟簧脱落，保证了碟簧位置的准确和结构稳定，使压装体易于组装。
[n0026] 图1为本实用新型提供的方形功率半导体器件均压结构的主视图；
[n0027] 图2为本实用新型提供的方形功率半导体器件均压结构的左视图；
[n0028] 图3为本实用新型提供的圆形功率半导体器件均压结构的主视图；
[n0029] 图4为本实用新型提供的圆形功率半导体器件均压结构的左视图；
[n0030] 图5为图1中部件7变形前部件6的位置示意图；
[n0031] 图6为图1中部件7变形后部件6的位置示意图；
[n0032] 其中，1-左侧压板；2-平压块；3-半导体器件；4-碟簧压块；5-右侧压板；6-带凸缘导向杆；7-碟簧。
[n0033] 下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
[n0034] 实施例1：
[n0035] 本实用新型提供了一种功率半导体器件均压结构，如图1和图3所示，具体包括：半导体器件3、压装组件、平压块2和碟簧组件；
[n0036] 所述碟簧组件包括碟簧压块4和多个碟簧7，所述碟簧7均匀布置，完全覆盖所述半导体器件3，如图2、图4所示；图2和图4中的碟簧7采用阵列布置，数量及位置仅为示例，在实际工程中，应根据元件的特性进行优化，采用最适当的数量的阵列方式，过多的碟簧组件可能均压效果更好，但采用的元件过多，结构会复杂。
[n0037] 所述压装组件为柱形结构，所述半导体器件3、所述平压块2和所述碟簧组件均设置于所述柱形结构内，通过所述压装组件对所述半导体器件3、所述平压块2和所述碟簧组件施加压力实现均压。
[n0038] 所述平压块2设置于所述半导体器件3的两侧，如图1所示。
[n0039] 所述平压块2采用的器件为散热器、绝缘板或者母排。
[n0040] 所述碟簧组件设置于所述半导体器件3和所述平压块2的右侧。
[n0041] 所述碟簧压块4设置于所述碟簧7左侧，所述碟簧7在其右侧均匀布置。
[n0042] 所述碟簧组件还包括多个带凸缘导向杆6，每个碟簧7对应一个带凸缘导向杆6；
[n0043] 所述带凸缘导向杆6设置于所述碟簧7内部，穿过所述碟簧7中心，与所述右侧压板5固定连接；
[n0044] 所述碟簧压块4设置有凹槽，所述带凸缘导向杆6通过所述碟簧压块4的凹槽与所述碟簧压块4活动连接。
[n0045] 所述带凸缘导向杆6的导向杆直径等于所述碟簧7的内径，所述带凸缘导向杆6的凸缘直径大于所述碟簧7的内径；
[n0046] 所述碟簧压块4的凹槽的直径与所述带凸缘导向杆6的凸缘的直径相同，所述凹槽的深度大于所述凸缘的厚度与所述碟簧7的最大行程量之和。
[n0047] 如图5所示，所述带凸缘导向杆6在组装前碟簧7为自然高度状态下，将其固定在右侧压板5上，保持凸缘的位置在碟簧压块4的凹槽内，压紧后，凸缘的位置如图6所示，不影响碟簧的变形及工作。
[n0048] 所述压装组件包括压板和紧固件；所述压板有两块，通过所述紧固件连接，构成所述柱形结构。
[n0049] 所述压板包括左侧压板1和右侧压板5；
[n0050] 所述左侧压板1设置于结构的最左侧，与所述平压块2相邻；
[n0051] 所述右侧压板5设置于结构的最右侧，与所述碟簧7相邻。
[n0052] 所述碟簧7的布置方式包括：矩形阵列布置或圆周阵列布置。
[n0053] 所述半导体器件3为方形时，所述碟簧组件以矩形阵列布置，如图2所示；所述半导体器件3为圆形时，以圆周阵列布置，如图4所示。
[n0054] 矩形阵列布置的碟簧组件可以很方便地把压力通过数个小圆周传递到矩形的四个角落；圆周阵列布置的碟簧组件，因为每个碟簧组件的中心位于器件表面中心圆附近，不需要太厚的碟簧压块4即可获得均匀的压力。
[n0055] 所述碟簧组件，以阵列形式布置，可以使右侧压板5的受力得到改善，从中心的集中载荷变成有一定跨度的两点载荷，降低了右侧压板5的变形和应力，因而其厚度也可以减薄些。
[n0056] 以上仅为本实用新型的实施例而已，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在申请待批的本实用新型的权利要求范围之内。

权利要求:
Claims (10)
[0001] 1.一种功率半导体器件均压结构，其特征在于，包括：多个弹性件、定位装置和压装组件；
所述多个弹性件配合半导体组件的形状以阵列方式设置于所述半导体组件的一侧；
所述定位装置设置于所述半导体组件和弹性件之间，用于固定所述弹性件；
所述压装组件设置于所述多个弹性件、定位装置和所述半导体组件外侧，并将所述多个弹性件、定位装置和所述半导体组件进行压装。
[0002] 2.如权利要求1所述的均压结构，其特征在于，所述弹性件包括碟簧(7)和导向杆(6)；
所述导向杆(6)具有凸缘结构，所述导向杆(6)的凸部穿过所述碟簧(7)固定于定位装置上。
[0003] 3.如权利要求2所述的均压结构，其特征在于，所述导向杆(6)的凸部直径等于所述碟簧(7)的内径，所述导向杆(6)的平台直径大于所述碟簧(7)的内径。
[0004] 4.如权利要求2所述的均压结构，其特征在于，所述半导体组件包括半导体器件(3)和与半导体器件(3)结构匹配的平压块(2)，所述平压块(2)的数量比半导体器件(3)的数量多一个，且与所述半导体器件(3)间隔设置。
[0005] 5.如权利要求3所述的均压结构，其特征在于，所述定位装置为碟簧压块(4)，所述碟簧压块(4)具有多个凹槽，每个导向杆(6)的平台均设置于一个凹槽内，且所述凹槽的直径与所述导向杆(6)的平台直径相同，所述凹槽深度由所述导向杆(6)平台厚度与碟簧(7)的行程确定。
[0006] 6.如权利要求5所述的均压结构，其特征在于，所述凹槽的深度大于所述导向杆(6)平台的深度与所述碟簧(7)的行程之和，小于所述碟簧压块(4)的厚度。
[0007] 7.如权利要求5所述的均压结构，其特征在于，当所述半导体器件(3)的形状为方形时，所述多个凹槽呈矩形阵列布置。
[0008] 8.如权利要求5所述的均压结构，其特征在于，当所述半导体器件(3)的形状为圆形时，所述多个凹槽呈中心阵列布置。
[0009] 9.如权利要求1所述的均压结构，其特征在于，所述压装组件包括两块压板和紧固件；
所述两块压板设置于所述多个弹性件、定位装置和所述半导体组件外侧；所述紧固件穿过所述两块压板，并固定所述压板。
[0010] 10.如权利要求4所述的均压结构，其特征在于，所述平压块(2)采用的器件包括散热器、绝缘板或者母排。

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公开号 | 公开日 | 专利标题

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同族专利:

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公开号 | 公开日

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引用文献:

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公开号 | 申请日 | 公开日 | 申请人 | 专利标题

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法律状态:
2021-10-01| GR01| Patent grant|

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2021-10-01| GR01| Patent grant|

优先权:

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申请号 | 申请日 | 专利标题

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CN202022961342.3U|CN214336702U|2020-12-10|2020-12-10|一种功率半导体器件均压结构|CN202022961342.3U| CN214336702U|2020-12-10|2020-12-10|一种功率半导体器件均压结构|