一种低电感门控晶闸管及其功率半导体组件制造技术

本实用新型专利技术公开了属于大功率电力半导体器件领域的一种低电感门控晶闸管及其功率半导体组件，其外壳为圆柱形，由半导体芯片（３）、阳极（１４）、绝缘陶瓷片（２）、门极引线（４）、门极引线安装面（６）、阴极（５）和阴极安装板（８）组成，所述阴极安装板（８）与阴极（５）不是固定连接的。本实用新型专利技术的阴极安装板脱离于器件单独分离出来，从而取消了凸出于外壳的辅助阴极；同时门极引线也不需要再伸出外壳，而是通过门极引线安装面与印刷电路板相连接，这样化简了生产加工工艺，安装也更为简单方便。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术属于大功率电力半导体器件
，特别涉及一种低电感门控晶闸管及其功率半导体组件。
技术介绍
关于门控晶闸管及其功率半导体组件连接方式，此前人们已经提出了很多方案，其主要设计目的包括减小门极回路电感、化简生产和安装难度，提高生产效率等；但具体分析会发现，目前的很多设计方法并不十分完善，仍存在较大的完善设计空间。以文献《低电感控制的门控晶闸管》(专利号CN99803524.6)所述方案为例。在该专利中，半导体器件上有凸出于管壳的环形门极引线和辅助阴极凸台，两者半径大致相同。此类半导体组件的组装方式主要分两种① 半导体器件的门极和阴极引线被设计成多个扇段，而印制电路板上的安装孔周围则对应分布了数目和尺寸与之一致的切口 。在安装过程中，半导体器件首先被插入安装孔，门极和阴极引线上的扇段位于印制板切口位置。然后，半导体器件绕管壳轴旋转，直至门极和阴极引线位于切口之间印制电路板的上方和下方范围为止，并最终在该处连接到印刷电路板上。② 半导体器件辅助阴极引线或门极引线在其圆周上至少具有一个扇形或窄槽形的切口，而印制电路板的安转孔上则至少有一个扇形或槽形切口。安装时，使半导体器件倾斜定位旋入安装孔中，就可以5完成半导体组件的组装。这两种方案都存在一些缺点首先，半导体器件凸出于外壳的门极和阴极引线的造型十分复杂，对生产设备和生产工艺的要求也比较高；其次，在这些方案中，半导体器件的门极引线、阴极引线或是印制电路板安装孔的周边，都不可避免需要设置一定数量的切口，而这会在不同程度上损坏整个门极电流回路的连续性，从而增加半导体组件中门极回路的电感，影响其性能；最后，前述专利中的第2套方案，由于电流通路的中断较小，而优于第l套方案。但在该方案中，半导体器件的造型相当复杂，而且半导体器件与印制电路板的安装也需要一定的技巧，因此会影响半导体器件的出厂测试效率。
技术实现思路
本技术的目的在于提出一种结构简单并且方便安装的低电感门控晶闸管及其功率半导体组件及其连接方式。本技术所述一种低电感门控晶闸管，外壳为圆柱形，由半导体芯片3、阳极14、绝缘陶瓷片2、门极引线4、门极引线安装面6、阴极5和阴极安装板8组成，其特征在于所述阴极安装板8与阴极5不是固定连接的，阴极5下表面即阴极底板安装面15分布规则凹槽12，阴极安装板8分布规则凸起13，凹槽12和凸起13得位置、形状与深度相对应，并可以紧密咬合，所述凹槽12和凸起13得表面有弹性较好的金属弹片11。所述门极引线安装面6的内径边缘与器件内部门极引线紧密连接；同时在其表面，均匀分布多个门极引线安装孔10，用于器件组装。所述绝缘陶瓷片2为圆柱形，位于阳极14和门极引线安装面6之间，用于实现绝缘。所述阴极5的下表面即阴极底板安装面15为非平整结构，上面分布规则凹槽12;同时为方便安装和散热器的压接，阴极底板安装面15与门极引线安装面6不在同一平面。所述凹槽12在阴极底板安装面15上的分布是大致均匀的，形状是规则的，且深度相同。所述门极引线安装面6、门极引线4和阴极引线安装面20为完整圆形或均匀扇段，阴极底板安装面15大致为圆形，且都与器件内部圆形半导体芯片3同圆心；所述功率半导体组件是将低电感门控晶闸管1上的门极引线安装面6，与独立于晶闸管的阴极安装板8上的阴极引线安装面20 —起安装在印制电路板7上，并与印制电路板上的驱动电路共同组成低电感门控晶闸管的功率半导体组件。所述阴极引线安装面20的直径与门极引线安装面6的直径大致相同，安装后两个面距离大致为一个印制电路板7的厚度。所述器件阴极安装的连接面为非平整结构，其上分布规则凸起13，位置、形状与深度与阴极底板安装面15上的凹槽12相对应，可以紧密咬合。所述的凹槽12与凸起13，可以互换位置，即凸起13设置于阴极底板安装面15而凹槽12设置于阴极安装板8。所述凸起13或凹槽12的表面置有弹性较好的金属弹片11，用于保证压接后，器件阴极底板安装面15与阴极安装板8的良好电气接触与热接触。在所述印制电路板7上，根据门极引线安装面6和阴极引线安装面20的位置和形状，分别在印制板的上、下层加工出了对应大小的门极金属膜镀层23和阴极金属膜镀层24;分别作为安装后，与门极引线安装面6和阴极引线安装面20接触的导电接触区。在所述印制电路板7上，对应于低电感门控晶闸管安装位置处，同圆心加工有一个直径略大于阴极底板安装面15的印制电路板阴极安装孔22，安装时将阴极5置入其中，使阴极底板安装面15能低于印制电路板7所在平面一定距离，便于半导体器件的压接。在所述门极引线安装面6、印制电路板7和阴极引线安装面20上，分别均匀加工了门极引线安装孔10、印制电路板螺钉安装孔21和阴极引线安装孔17;三者同圆心分布，用于螺丝固定。所述门极引线安装面6、印制电路板7和阴极引线安装面20的连接是用螺钉9顺次穿过阴极引线安装面8、印制电路板7、门极引线安装面6和门极绝缘条16后，用压条18紧固。必要时，也可用螺母代替压条18，用于固定螺钉。其后，通过对组件阴阳极之间加压力，可使金属弹片11受挤压变形，从而实现阴极安装板8与晶闸管的阴极5的紧密电气接触与热接触。本技术的有益效果是在简化结构、降低生产工艺和器件组装难度、提高生产效率的同时，保证门极电流通路的完全连续，从而进一步减小门极连接电感。首先，在简化结构方面，采用上述结构设计的低电感门控晶闸管及其功率半导体组件，由于阴极安装板脱离于器件单独分离出来，从而取消了凸出于外壳的辅助阴极；同时门极引线也不需要再伸出外壳，而是通过门极引线安装面与印刷电路板相连接，这样化简了生产加工工艺。其次，为实现大功率半导体组件的安装简便，低电感门控晶闸管的门极引线安装面呈圆形或扇段，其上加工有均匀分布的螺丝孔，而印制电路板和阴极安装板上则有数目和位置与之对应、形状和大小与之大致相同的安装孔；同时阴极安装板脱离于器件的分离结构，使器件的组装过程不再需要过去的旋转安装方式，只需对齐后利用螺钉，对低电感门控晶闸管、印制电路和阴极安装板进行固定和电连接即可。这样一来，低电感门控晶闸管的组装就变得十分简便和易操作，从而大幅度提高低电感门控晶闸管测试和生产装配的效率。最后，将印制电路板上与低电感门控晶闸管的门极引线安装面和阴极引线安装面相连接的导电金属膜层分别对称分布于印制电路板的两层。在安装时，印制电路板的门极和阴极金属膜层分别与器件的门极引线安装面和阴极引线安装面直接接触连接。这种连接方式，不但取消了印制电路板上的安装切口 ，也取消了门极引线安装面或阴极阴线安装面上的切口，从而保证了门极电流通路的完全连续，实现了更低的电感，保证最佳的半导体器件开关性能。附图说明图1为低电感门控晶闸管与阴极安装板的径向剖面图。图2为阴极安装板的俯视图与低电感门控晶闸管的底视图。图2中左图为阴极安装板的俯视图，右图为低电感门控晶闸管的底视图图3为低电感门控晶闸管的底视图表示了另一种凹槽设计方案。图4为低电感门控晶闸管的门阴极引线结构和印制电路板的连接示意图。图5为印制电路板与低电感门控晶闸管对应的安装孔与金属膜镀层示意图。图6为另一种门极引线安装面与阴极引线安装面的设计方案。 图7为功率半导体组件与散热器之间位置关系的示意图。其中1-低本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种低电感门控晶闸管，其外壳为圆柱形，由半导体芯片（３）、阳极（１４）、绝缘陶瓷片（２）、门极引线（４）、门极引线安装面（６）、阴极（５）和阴极安装板（８）组成，其特征在于所述阴极安装板（８）与阴极（５）不是固定连接的，阴极（５）下表面即阴极底板安装面（１５）分布规则凹槽（１２），阴极安装板（８）分布规则凸起（１３），凹槽（１２）和凸起（１３）的位置、形状与深度相对应，并可以紧密咬合，所述凹槽（１２）和凸起（１３）的表面有弹性较好的金属弹片（１１）。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：童亦斌，谢路耀，
申请(专利权)人：北京能高自动化技术有限公司，
类型：实用新型
国别省市：11[]