功率半导体模块的改进或关于功率半导体模块的改进制造技术

在例如供高电压直流电(HVDC)转换器使用的那些功率半导体模块等功率半导体模块的领域中，提供一种功率半导体模块(10、40、60)，包括外壳(12)，至少一个半导体开关元件位于所述外壳(12)内。所述外壳(12)包括能够通过配合的通风口盖(16)选择性地打开和关闭的通风孔(14)。所述通风口盖(16)在所述功率半导体模块(10、40、60)的正常工作期间保持在打开位置中以打开所述通风孔(14)并为所述外壳(12)内的所述或每个半导体开关元件提供通风。所述通风口盖(16)由于由所述外壳(12)内部的爆炸事件所致的所述外壳(12)内的压力增大而被推入关闭位置中以关闭所述通风孔(14)并阻止爆炸气体和/或残渣经由所述通风孔(14)从所述外壳(12)逸出。

Improvement of power semiconductor module or improvement of power semiconductor module

In the field of power semiconductor modules such as power semiconductor modules for high voltage DC (HVDC) converters, a power semiconductor module (10, 40, 60), including a shell (12), is provided, and at least one semiconductor switch element is located in the shell (12). The housing (12) includes a ventilation hole (14) that can be selectively opened and closed by a mating ventilation cover (16). The ventilating cover (16) is kept in the open position during the normal operation of the power semiconductor module (10, 40, 60) to open the ventilation hole (14) and provide ventilation for the said shell (12) or each of the semiconductor switch elements. The ventilating cover (16) is pushed into the closed position to close the ventilation hole (14) and prevent the explosion gas and / or residue escaping from the shell (12) through the ventilation hole (14) due to the increase of pressure within the shell (12) caused by the explosion incident inside the shell (12).

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】功率半导体模块的改进或关于功率半导体模块的改进本专利技术涉及一种功率半导体模块。在电力传输网络中，交流电(AC)电力通常被转换为直流电(DC)电力，以供经由架空线和/或海底缆线进行传输。此转换免于需要补偿由即传输线或电缆外加的AC电容负载效应，并减少了每千米线和/或电缆的成本，且因此当需要远距离传输电力时变得有成本效益。HVDC转换器用于在AC电力与DC电力之间进行转换且此类转换器是含有一个或多个功率半导体模块的电气设备项的一个实例，但是其它电气设备项也可进行所述转换。通常，此类功率半导体模块包括一个或多个半导体开关元件，例如，呈绝缘栅双极晶体管(IGBT)或链节子模块的形式，且在HVDC转换器中此类功率半导体模块是关键部件，原因是其中的半导体开关元件充当受控整流器以将AC电力转换为DC电力和将DC电力转换为AC电力。根据本专利技术的一方面，提供一种功率半导体模块，包括：外壳，至少一个半导体开关元件位于所述外壳内，所述外壳包括能够通过配合的通风口盖(ventcover)选择性地打开和关闭的通风孔(ventaperture)，通风口盖在功率半导体模块的正常工作期间保持在打开位置中以打开通风孔并为外壳内的所述或每个半导体开关元件提供通风，和通风口盖由于由外壳内部的爆炸事件所致的外壳内的压力增大而被推入关闭位置中以关闭通风孔并阻止爆炸气体和/或残渣经由通风孔从外壳逸出。具有通常保持在打开位置中从而使得通风孔被打开从而为外壳内的所述或每个半导体开关元件提供通风的通风口盖允许在绝大多数时间，即，在功率半导体模块的例行工作期间，对所述或每个所述内部半导体开关元件进行最大程度的不受约束的空气冷却。同时，一旦外壳内发生爆炸事件，那么由于这种严重事件而将通风口盖推入关闭位置中从而关闭通风孔且由此基本上防止例如等离子体的爆炸气体和/或例如半导体开关元件碎片等爆炸残渣经由通风孔逸出的选项有利地包括此类材料。另外，关闭通风孔还提供通过其它淬灭、例如被网覆盖的通风口引导所产生的爆炸气体和残渣的机会，这一网覆盖的通风口通常情况下限制可用适当通风的量，但尽管如此却有可能减少气体的温度或永久性地保留残渣。或者，关闭通风孔可提供在优选流出方向上引导所产生的物质的选项，所述优选流出方向被形成以最小化继而发生的闪络(flashover)或附近人员受伤的风险。优选地，通风口盖被配置成在压力增大减弱后返回到其打开位置。例如一旦功率半导体模块的某一形式的持续工作成为可能，这种特征就实现仅在发生爆炸事件时临时关闭通风孔，而此后重新打开通风孔以恢复所述或每个半导体开关元件的通风。视需要，通风口盖通过以下中的一个而保持在其打开位置中：偏置构件；和重力。用于将通风口盖保持在其打开位置中的以上提及的选项都没有移动部分且因此能够可靠而连续地工作而只需要很少持续维护或不需要持续维护。同时，当被正确地校准时，可临时克服所述偏置构件和重力对将通风口盖保持在其打开位置中的影响以便准许选择性关闭通风孔。通风口盖可被配置成在压力增大减弱后保持在其关闭位置中。此类永久性关闭，例如，直到维护工程师进行一定矫正措施为止，可有效地帮助防止在爆炸事件之后爆炸残渣从外壳掉落。在本专利技术的优选实施例中，通风口盖通过以下中的一个或多个保持在其打开位置中：一次性支撑构件；和双动式支撑构件(double-actingsupportmember)。优选地，一次性支撑构件中的至少一个是以下中的一个：可折叠构件(collapsiblemember)；脆弱构件(frangiblemember)；易碎构件(friablemember)；和能够相对于彼此选择性移动的一对能够相互配合的构件。以上提及的选项中的每一个可根据需要将通风口盖可靠地保持在其打开位置中，同时适当地允许通风口盖在爆炸事件之后保持在其关闭位置中而不会对通风口盖造成进一步影响。视需要，所述或每个双动式支撑构件是双稳态偏置构件。这种布置根据需要将通风口盖可靠地保持在其打开位置中，同时在爆炸事件之后迅速(positively)地将通风口盖推入其关闭位置中。在本专利技术的另一优选实施例中，通风孔和通风口盖中的每一个包括多个单独通风开口(ventilationopening)，当通风口盖在其打开位置中时，通风口盖中的通风开口与通风孔中的通风开口重合以界定多个通风路径，且当通风口盖在其关闭位置中时，通风口盖中的通风开口从通风孔中的通风开口移位以阻塞通风孔中的所述通风开口。在通风孔和通风口盖中的每一个中提供多个单独通风开口有利地形成例如防止操作者手指进入的安全屏蔽层(safetybarrier)，同时在功率半导体模块的正常使用期间仍提供良好通风，即，同时通风口盖在其打开位置中。无论何时需要，即，在发生爆炸的情况下，仍可封闭通风孔以利于防止爆炸气体和残渣逸出。在本专利技术的另一个优选实施例中，通风孔和通风口盖中的至少一个包括对应于所述或每个支撑构件的相应收纳部分(receivingportion)，所述或每个支撑构件在功率半导体模块的正常工作期间将通风口盖保持在其打开位置中，当通风口盖在其关闭位置中时，所述或每个收纳部分收纳并容纳对应的所述支撑构件。这种布置有助于容纳任何此类支撑构件，而与此同时有助于确保当通风口盖在其关闭位置中时通风孔被完全封闭。接下来参考以下附图以非限制性例子的方式对本专利技术的优选实施例进行简洁描述，其中，图1示出根据本专利技术的第一实施例的功率半导体模块的内部部分的透视图；图2示出根据本专利技术的第二实施例的从功率半导体模块的一部分的一侧的正视图；图3(a)示出根据本专利技术的第三实施例的在功率半导体模块的正常工作期间功率半导体模块的一部分的透视图；且图3(b)示出在爆炸事件之后图3(a)中所示出的功率半导体模块的部分的透视图。根据本专利技术的第一实施例的功率半导体模块大体上由参考数字10指示，所述功率半导体模块的内部部分在图1中示出。功率半导体模块10包括外壳12，半导体开关元件(未示出)连同其相关联开关电路位于所述外壳12内。在此第一实施例中，半导体开关元件是单个绝缘栅双极晶体管(IGBT)。然而，在本专利技术的其它实施例中，半导体开关元件可：为另一类型的半导体开关；包括多个串联连接的半导体开关；或包括一个或多个串联连接的链节子模块。此类链节子模块可包括多个半导体开关，例如，以已知半桥式或全桥式布置而与呈电容器形式的能量存储装置并联连接的IGBT。在任一此类情况下，每个链节子模块可提供可变电压源，即，零电压和至少一正电压，且可在两个方向上传导电流。返回到图1中所示出的实施例，外壳12包括能够通过配合的通风口盖16选择性打开和关闭的通风孔14，在所示出的实施例中，配合的通风口盖16也位于外壳12内。通风口盖16采取单个平面构件的形式，所述通风口盖16大于通风孔14，所述通风口盖16在使用时位于所述通风孔14上方。然而，其它形式的通风口盖也是可能的。通风口盖16保持在打开位置中，即，如图1中所示出通过四个一次性支撑构件18而保持在打开位置中，所述四个一次性支撑构件18中的每一个是呈可折叠支腿22形式的可折叠构件20。可使用少于或多于四个此类一次性支撑构件，以及其它类型的一次性支撑构件，例如脆弱或易碎构件。通风口盖16包括位于其下面的四个对应收纳部分2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种功率半导体模块(10)，包括：外壳(12)，至少一个半导体开关元件位于所述外壳(12)内，所述外壳包括能够通过配合的通风口盖(16)选择性地打开和关闭的通风孔(14)，所述通风口盖(16)在所述功率半导体模块(10)的正常工作期间保持在打开位置中以打开所述通风孔(14)并为所述外壳(12)内的所述或每个半导体开关元件提供通风，和所述通风口盖(16)由于由所述外壳(12)内部的爆炸事件所引起的所述外壳(12)内的压力增大而被推入关闭位置中以关闭所述通风孔(14)并阻止爆炸气体和/或残渣经由所述通风孔(14)从所述外壳(12)逸出。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2015.12.03 GB 1521335.81.一种功率半导体模块(10)，包括：外壳(12)，至少一个半导体开关元件位于所述外壳(12)内，所述外壳包括能够通过配合的通风口盖(16)选择性地打开和关闭的通风孔(14)，所述通风口盖(16)在所述功率半导体模块(10)的正常工作期间保持在打开位置中以打开所述通风孔(14)并为所述外壳(12)内的所述或每个半导体开关元件提供通风，和所述通风口盖(16)由于由所述外壳(12)内部的爆炸事件所引起的所述外壳(12)内的压力增大而被推入关闭位置中以关闭所述通风孔(14)并阻止爆炸气体和/或残渣经由所述通风孔(14)从所述外壳(12)逸出。2.根据权利要求1所述的功率半导体模块(10)，其特征在于：所述通风口盖(16)被配置成在所述压力增大减弱后返回到其打开位置。3.根据权利要求2所述的功率半导体模块(10)，其特征在于：所述通风口盖(16)通过以下中的一个而保持在其打开位置中：偏置构件；和重力。4.根据权利要求1所述的功率半导体模块(10)，其特征在于：所述通风口盖(16)被配置成在所述压力增大减弱后保持在其关闭位置中。5.根据权利要求4所述的功率半导体模块(10)，其特征在于：所述通风口盖(16)通过以下中的一个或多个而保持在其打开位置中：一次性支撑构件(18)；和双动式支撑构件(42...

【专利技术属性】
技术研发人员：JL乌特勒姆，SD巴特勒，
申请(专利权)人：通用电器技术有限公司，
类型：发明
国别省市：瑞士,CH