本实用新型专利技术涉及一种多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构，阳极管壳陶瓷壳体的侧面设有一对四分光器连接器，内部通过分光器将1路光信号分配至4个光敏区，分光器能够均匀分配光能量，尽量减少光损失，光纤的末端是四个激光头，通过定位可靠地对准芯片的光敏触发区中心位置。该装置在管壳外部通过输入端连接适配器直接通过外部输入单芯光纤连接用户的控制信号光源，从而实现一路输入、多路输出光信号的分光功能，满足多光敏区光控晶闸管的触发需要。本实用新型专利技术属于特大功率、高di/dt的功率半导体器件，集成了多路光触发装置，解决了光触发信号的引入、分光、触发和芯片定位等工艺技术，实现多光敏区光控晶闸管的封装技术。
【技术实现步骤摘要】
多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构
本技术属于电力电子器件制造
，是一种新型电力电子器件——特大功率光控晶闸管的封装结构，特别是多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构。
技术介绍
光控晶闸管区别于利用电信号触发的电控晶闸管而采用光信号触发，特点在于采用光触发时光信号产生方便、传输距离长、触发响应快、抗电磁干扰、控制灵活等，功率回路和控制回路用光来结合容易绝缘，触发装置小型化，在工程的串并联应用中比电控晶闸管具有显著优势。目前国内外光控晶闸管以6英寸4000A/8500V为例，di/dt耐量一般为1300A/μs，不能满足脉冲和高频电力电子装置的应用需求。为进一步提高器件的di/dt耐量，新型多光敏区光控晶闸管(见附图1和附图2)将原光控晶闸管的一个光敏区和一组放大门极触发机制变换为四个光敏区和四个放大门极机制，将它们集成在同一个半导体芯片上，在平面分部上由此前的触发区1个中心布局改为4个圆周均分布局的结构。单一光敏区光控晶闸管将触发机构与芯片作为两个部分来设计，即陶瓷管壳只用于封装芯片，管壳盖中心部位留有窗口，触发装置独立于器件管壳之外安装，使用时光触发装置从外部安装。目前单光敏区触发的光控晶闸管封装结构采用压接冷焊技术，芯片通过阳极和阴极钼片定位，陶瓷管壳盖的中心开透明宝石玻璃窗外装光纤机构的方法，一对一的中心布局结构，不存在特别的触发区与光纤位置定位问题。
技术实现思路
本技术的目的是提供一种可满足多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构。多光敏区光控晶闸管为一路光信号控制四个光敏区，对器件的封装工艺提出新要求，其中要解决光源一分四的分光、光源引入、芯片定位、光纤装置定位、陶瓷管壳密封等问题，因此，本技术就是专门设计了新的管壳结构，解决了这种新器件的分光器集成和陶瓷管壳封装问题。本技术的技术解决方案是：一种多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构，包括多光敏区光控晶闸管芯片、上钼片、下钼片、银片、阳极管壳座、阴极管壳盖、一对四分光器连接器、分光器内连接压接件、集束分光器、1#激光头、2#激光头、3#激光头、4#激光头，多光敏区光控晶闸管芯片上设有排列在同心圆上间隔90°的1～4#光敏触发区，每个光敏触发区连接放大门极，管壳壳体采用陶瓷管壳，管壳包括阴极管壳盖和阳极管壳座两部分，阳极管壳座一端为整个器件的阳极，阴极管壳盖一端为器件的阴极，阴极管壳盖中心设有阴极管壳导电铜块，阴极管壳盖周围设有阴极管壳冷压焊金属层；阳极管壳座周围是阳极管壳陶瓷壳体，阳极管壳陶瓷壳体上沿设有阳极管壳冷压焊金属层，阳极管壳座底部中心设有阳极管壳导电铜块，分别将下钼片、芯片、银片、上钼片依次从下至上放入阳极管壳座中，然后盖上阴极管壳盖，将这一组合体通过冷焊模具在压力机的作用下将阳极管壳座与阴极管壳盖冷压焊接在一体；上钼片上设有四个窗口对准多光敏区光控晶闸管芯片上的四个光敏触发区，在阳极管壳陶瓷壳体的侧位设置有控制极脉冲光触发信号引入装置一对四分光器连接器，一对四分光器连接器通过分光器内连接压接件连接集束分光器，集束分光器一端设有集束光纤接受端，集束光纤接受端外部为集束分光器不锈钢外壳，内部中心位置设有四根集束分光器接收光纤并通过接受器内树脂填充物固定，四根光纤芯从不锈钢外壳引出成独立的四只光纤，光纤端头设有便于固定安装的1#～4#激光头，1#～4#激光头通过上钼片(31)上的四个窗口可靠地对准芯片的光敏触发区中心位置，一对四分光器连接器内部通过分光器将一路光信号分配至四个光敏区，分光器能够均匀分配光能量；集束光纤接受端深入一对四分光器连接器的一端内孔中，利用分光器内连接压接件螺纹压紧连接，一对四分光器连接器另一端外部连接单芯光纤输入端，单芯光纤输入端通过适配器连接外部输入单芯光纤。阴极管壳盖上设有光纤安装导向槽，1#激光头、2#激光头、3#激光头、4#激光头沿着导向槽安装。四根集束分光器接收光纤同心均布。集束光纤接受端外径、单芯光纤输入端外径和连接器内孔直径相同，集束光纤接受端和单芯光纤输入端的两个端头在连接器内部处于直接接触压紧对准状态。银片上设有与放大门极形状一样的缝隙，通过银片的厚度以隔离放大门极和阴极，银片与芯片的放大门极对准，银片通过芯片保护硅橡胶卡位。上钼片上与光敏区对应的位置设有四个窗口，用于安装1#～4#激光头。阳极管壳陶瓷壳体的侧面设有一对四分光器连接器，从集束分光器接收光纤的不锈钢外壳引出独立的四只光纤，光纤端头设有1#～4#激光头，1#～4#激光头为90°弯头，通过一对四分光器连接器连接单芯光纤输入端和集束分光器接收光纤，将光信号从水平输入转为垂直向下照射。集束光纤接受端设有四氟平垫片、“O”型圈A和“O”型圈B，通过旋转分光器内连接压接件的螺纹，将集束光纤接受端压紧在分光器连接器的孔内，保证密封良好。本技术与芯片中心为唯一光敏触发区器件的封装结构最大不同点在于，多光敏区晶闸管芯片设计有4个光敏区，若像前面设计独立于封装管壳之外安装触发装置，在封装阶段，内部芯片与管壳盖上的窗口之间的准确定位难以实现，触发信号源仍为单一触发光源，外部采用分光器将多光纤信号引入，光触发装置的结构复杂和成本会成倍增加，从应用角度来看会造成连线复杂，使用起来极为不便。因此，本技术既实现分光多路触发功能，又有良好的用户接口，设计出光信号从管壳侧输入然后在管壳内部分路触发的结构，将分光器集成在管壳内部，集成度高，用户体验好。器件光触发导通工作时光信号来源于同一光源，经分光器分光成四路光信号，四个触发头一一对应四个光敏区，同时刻控制器件的导通，由于触发导通区域面积增大和径向距离缩短，触发导通能力加强，这就解决了提高器件di/dt耐量的基本要求。设计的外输入单芯光纤通过从阳极管壳陶瓷壳体侧位的一对四分光器连接件引入管壳内部，连接件内部设计的分光器(一分四)把触发光信号平均分配至四个光敏区，通过定位对准设计能够准确定位芯片和装配附件之间的位置，解决了外部光信号引入和多路触发问题，实现多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构。该光控晶闸管属于特大功率、高di/dt的功率半导体器件，芯片设计有四个光敏触发区，通过陶瓷管壳全压接封装结构，集成了多路光触发装置，本技术解决了光触发信号的引入、分光、触发和芯片定位等工艺技术，实现可满足工程应用的多光敏区光控晶闸管的封装技术。附图说明图1是多光敏区光控晶闸管外型结构示意图。图2是多光敏区光控晶闸管光敏区布局示意图。图3是集束分光器主视图。图4是集束分光器俯视图。图5是分光器一对四连接器结构示意图。图6是集束光纤布局示意图。图7是分光器内连接压接件结构示意图。图8是输入单芯光纤外连接结构示意图。图9是阳极管壳座结构示意图。图10是阳极管壳侧视图。图11是阴极管壳盖结构示意图。图12是阴极管壳盖主视图。图13是阴极管壳盖侧视图。本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构，包括多光敏区光控晶闸管芯片(1)、上钼片(31)、下钼片(32)、银片(35)、阳极管壳座(5)、阴极管壳盖(6)、一对四分光器连接器(17)、分光器内连接压接件(8)、集束分光器(30)、1#激光头(13)、2#激光头(14)、3#激光头(15)、4#激光头(16)，多光敏区光控晶闸管芯片(1)上设有排列在同心圆上间隔90°的1～4#光敏触发区(3)，每个光敏触发区连接放大门极(4)，管壳壳体采用陶瓷管壳，其特征在于：管壳包括阴极管壳盖(6)和阳极管壳座(5)两部分，阳极管壳座(5)一端为整个器件的阳极，阴极管壳盖(6)一端为器件的阴极，阴极管壳盖(6)中心设有阴极管壳导电铜块(29)，阴极管壳盖(6)周围设有阴极管壳冷压焊金属层(28)；阳极管壳座(5)周围是阳极管壳陶瓷壳体(25)，阳极管壳陶瓷壳体(25)上沿设有阳极管壳冷压焊金属层(26)，阳极管壳座(5)底部中心设有阳极管壳导电铜块(24)，分别将下钼片(32)、芯片(1)、银片(35)、上钼片(31)依次从下至上放入阳极管壳座(5)中，然后盖上阴极管壳盖(6)，将这一组合体通过冷焊模具在压力机的作用下将阳极管壳座(5)与阴极管壳盖(6)冷压焊接在一体；上钼片(31)上设有四个窗口(37)对准多光敏区光控晶闸管芯片(1)上的四个光敏触发区(3)，在阳极管壳陶瓷壳体(25)的侧位设置有控制极脉冲光触发信号引入装置一对四分光器连接器(17)，一对四分光器连接器(17) 通过分光器内连接压接件(8)连接集束分光器(30)，集束分光器(30)一端设有集束光纤接受端(9)，集束光纤接受端(9)外部为集束分光器不锈钢外壳(18)，内部中心位置设有四根集束分光器接收光纤(19)并通过接受器内树脂填充物(20)固定，四根光纤芯从不锈钢外壳(18)引出成独立的四只光纤(7)，光纤(7)端头设有便于固定安装的1#～4#激光头(13、14、15、16)，1#～4#激光头(13、14、15、16)通过上钼片(31)上的四个窗口(37)可靠地对准芯片的光敏触发区(3)中心位置，一对四分光器连接器(17)内部通过分光器将一路光信号分配至四个光敏区，分光器能够均匀分配光能量；集束光纤接受端(9)深入一对四分光器连接器(17)的一端内孔中，利用分光器内连接压接件(8)螺纹压紧连接，一对四分光器连接器(17)另一端外部连接单芯光纤输入端(21)，单芯光纤输入端(21)通过适配器(22)连接外部输入单芯光纤(23)。/n...
【技术特征摘要】
1.一种多光敏区光控晶闸管芯片的陶瓷管壳全压接封装结构，包括多光敏区光控晶闸管芯片(1)、上钼片(31)、下钼片(32)、银片(35)、阳极管壳座(5)、阴极管壳盖(6)、一对四分光器连接器(17)、分光器内连接压接件(8)、集束分光器(30)、1#激光头(13)、2#激光头(14)、3#激光头(15)、4#激光头(16)，多光敏区光控晶闸管芯片(1)上设有排列在同心圆上间隔90°的1～4#光敏触发区(3)，每个光敏触发区连接放大门极(4)，管壳壳体采用陶瓷管壳，其特征在于：管壳包括阴极管壳盖(6)和阳极管壳座(5)两部分，阳极管壳座(5)一端为整个器件的阳极，阴极管壳盖(6)一端为器件的阴极，阴极管壳盖(6)中心设有阴极管壳导电铜块(29)，阴极管壳盖(6)周围设有阴极管壳冷压焊金属层(28)；阳极管壳座(5)周围是阳极管壳陶瓷壳体(25)，阳极管壳陶瓷壳体(25)上沿设有阳极管壳冷压焊金属层(26)，阳极管壳座(5)底部中心设有阳极管壳导电铜块(24)，分别将下钼片(32)、芯片(1)、银片(35)、上钼片(31)依次从下至上放入阳极管壳座(5)中，然后盖上阴极管壳盖(6)，将这一组合体通过冷焊模具在压力机的作用下将阳极管壳座(5)与阴极管壳盖(6)冷压焊接在一体；上钼片(31)上设有四个窗口(37)对准多光敏区光控晶闸管芯片(1)上的四个光敏触发区(3)，在阳极管壳陶瓷壳体(25)的侧位设置有控制极脉冲光触发信号引入装置一对四分光器连接器(17)，一对四分光器连接器(17)通过分光器内连接压接件(8)连接集束分光器(30)，集束分光器(30)一端设有集束光纤接受端(9)，集束光纤接受端(9)外部为集束分光器不锈钢外壳(18)，内部中心位置设有四根集束分光器接收光纤(19)并通过接受器内树脂填充物(20)固定，四根光纤芯从不锈钢外壳(18)引出成独立的四只光纤(7)，光纤(7)端头设有便于固定安装的1#～4#激光头(13、14、15、16)，1#～4#激光头(13、14、15、16)通过上钼片(31)上的四个窗口(37)可靠地对准芯片的光敏触发区(3)中心位置，一对四分光器连接器(17)内部通过分光器将一路光信号分配至四个光敏区，分光器能够均匀分配光能量；集束光纤接受端(9)深入一对四分光器连接器(17)的一端内孔中，利用分光器内连接压接件(8)螺纹压紧连接，一对四分光器连接器(17)另一端外部连接单芯光纤输入端(...
【专利技术属性】
技术研发人员：马宁强，乔旭，秦浩，
申请(专利权)人：西安派瑞功率半导体变流技术股份有限公司，
类型：新型
国别省市：陕西;61
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