專利名稱：一種功率半導體絕緣拉桿及其壓緊裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種功率半導體絕緣拉桿及其壓緊裝置，尤其是涉及一種應用于 功率半導體電力電子領域的平板式功率半導體器件串聯(lián)壓裝用的功率半導體絕緣拉桿及 其壓緊裝置。
背景技術：
伴隨大量新型技術的實用新型與應用，客戶對設備體積的要求日益嚴格，功率半 導體組件向著更高電壓和更小體積發(fā)展，隨之而來的，即是更小體積下的絕緣問題及功率 半導體器件的壓力保證問題?，F(xiàn)有技術中，對于平板式功率半導體器件，傳統(tǒng)的壓裝方式都是通過緊拉緊金屬 螺桿直接產生對功率半導體器件兩端的壓緊力，其兩極絕緣靠套在拉緊螺桿上的絕緣套管 來實現(xiàn)。但是，當在高壓應用領域中，高可靠性的小型化裝置越來越受到客戶的好評，為此 也出現(xiàn)了一種使用絕緣螺桿(絕緣材料制作)替代金屬螺桿的壓緊方案。1.現(xiàn)有技術中，傳統(tǒng)壓裝時的使用金屬螺桿從抗拉強度方面能夠滿足功率半導體 器件的壓力要求，但是金屬做為一種導體，在高壓環(huán)境下的絕緣問題是一個很關鍵的問題， 通常采用包絕緣套管來實現(xiàn)高電壓的隔離，但是絕緣套管伴隨著氧化其耐電壓性能會顯著 下降，最終影響到產品的可靠性。2.現(xiàn)有技術中，使用絕緣螺桿替代金屬螺桿是目前使用比較多的一種方案，絕緣 螺桿通過選型也能夠滿足功率半導體器件的壓力要求，但是其受力截面積小，在相同受力 截面積下，絕緣螺桿的力學性能跟其材料的抗拉強度成正比，高抗拉強度材料的成本很高， 且加工工藝要求很苛刻，造成絕緣螺桿成本很高，且在環(huán)境溫度有較大變化時，常常受環(huán)境 溫度影響熱脹冷縮，導致功率半導體器件的實際壓力變化不定，且長時間處于這種環(huán)境溫 度變化頻繁的環(huán)境中，會導致絕緣螺桿應力疲勞，最終影響到產品的可靠性。

實用新型內容本實用新型的目的是提供一種通用性強、可以適用于各種平板式功率器件及其散 熱器、同時能夠滿足功率半導體器件壓力需求及較好的解決各電壓等級結構絕緣問題的平 板式半導體器件壓裝用的功率半導體絕緣拉桿及其壓緊裝置，尤其適用于高壓功率半導體 器件串聯(lián)壓裝應用的高壓領域，用以替代現(xiàn)有技術中的金屬螺桿及絕緣螺桿及其壓緊裝置。本實用新型提供一種功率半導體絕緣拉桿的具體實施方式
，該實施方式所述的一 種功率半導體絕緣拉桿包括絕緣拉桿主體，受力固定端，沉頭通孔和螺母，絕緣拉桿主體 是功率半導體絕緣拉桿的主要受力部位，受力固定端位于絕緣拉桿主體的兩端，用于對功 率半導體絕緣拉桿進行連接固定，至少兩個沉頭通孔分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個 受力固定端，用于功率半導體絕緣拉桿與功率半導體壓緊裝置之間的固定，至少兩個螺母 分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端，用于功率半導體絕緣拉桿與外界的安裝平臺之間的固定。作為本實用新型一種功率半導體絕緣拉桿進一步的實施方式，功率半導體絕緣拉 桿進一步包括至少一根加強筋板，加強筋板位于絕緣拉桿主體上。作為本實用新型一種功率半導體絕緣拉桿進一步的實施方式，功率半導體絕緣拉 桿進一步包括至少一條凹槽，凹槽位于絕緣拉桿主體上加強筋板安裝面的相對反面。作為本實用新型一種功率半導體絕緣拉桿進一步的實施方式，沉頭通孔進一步為 兩組共四個，每組兩個沉頭通孔分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端。作為本實用新型一種功率半導體絕緣拉桿進一步的實施方式，螺母進一步為鑲嵌 式螺母，有兩組共六個，每組三個螺母分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端。本實用新型還提供一種功率半導體絕緣拉桿壓緊裝置的具體實施方式
，該實施方 式所述的壓緊裝置包括功率半導體絕緣拉桿，上固定板，下固定板和功率半導體壓緊模塊， 兩根功率半導體絕緣拉桿與固定板和下固定板組成壓緊裝置的框架，整體固定在固定底座 上，功率半導體壓緊模塊放置在壓緊裝置的框架內，并安裝在半導體功率組件的上端。作為本實用新型一種功率半導體絕緣拉桿壓緊裝置進一步的實施方式，功率半導 體壓緊模塊進一步包括導向桿、蝶形彈簧下?lián)醢?、蝶形彈簧、蝶形彈簧上擋板、固定墊塊、壓 緊螺母和防松螺母，導向桿、蝶形彈簧下?lián)醢?、蝶形彈簧、蝶形彈簧上擋板、固定墊塊、壓緊 螺母和防松螺母從下至上依次組裝，通過壓緊螺母和防松螺母將導向桿、蝶形彈簧下?lián)醢濉?蝶形彈簧、蝶形彈簧上擋板、固定墊塊和半導體功率組件壓緊固定在上固定板和下固定板 之間。通過應用本實用新型實施方式所描述的功率半導體絕緣拉桿和壓緊裝置及其組 裝方法，能夠同時滿足功率半導體器件壓力需求和較好地解決各電壓等級結構絕緣的問 題。由于本實用新型的絕緣拉桿是根據(jù)增大受力截面積而增強其所能承受的最大拉應力 的，同時還能解決環(huán)境溫度對絕緣拉桿造成的熱脹冷縮變形量大的問題。

為了更清楚地說明本實用新型實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例 或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅 是本實用新型的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提 下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖一-主視 圖；圖2是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖二-后視 圖；圖3是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖三-俯視 圖；圖4是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖四-仰視 圖；圖5是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖五-左視 圖；[0021]圖6是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖六-右視 圖；圖7是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖七-立體圖 1 ；圖8是本實用新型一種實施方式的功率半導體絕緣拉桿的結構示意圖八-立體圖 2 ；圖9是本實用新型一種利用功率半導體絕緣拉桿的壓緊裝置的實施方式的結構 示意圖；其中1、1'-絕緣拉桿主體，2、2'-受力固定端，3-加強筋板，4-沉頭通孔， 5-螺母，6-上固定板，7-下固定板，8-半導體功率組件，9-導向桿，10-蝶形彈簧下?lián)醢澹?11-蝶形彈簧，12-蝶形彈簧上擋板，13-固定墊塊，14-壓緊螺母，15-防松螺母，16-固定底 座，17-凹槽。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行 清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部 的實施例。基于本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動前提 下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。作為本實用新型一種功率半導體絕緣拉桿的具體實施方式
，如圖1至圖8所示，是 一種具體應用在電力電子高壓軟啟動領域的功率半導體絕緣拉桿的實施例。該實施例具體 用于高壓平板式功率半導體器件的串聯(lián)壓裝。功率半導體絕緣拉桿包括絕緣拉桿主體1， 受力固定端2，2'，沉頭通孔4和螺母5，絕緣拉桿主體1是功率半導體絕緣拉桿的主要受 力部位，受力固定端2，2'位于絕緣拉桿主體1的兩端，用于對功率半導體絕緣拉桿進行連 接固定，沉頭通孔4為兩組共四個，每組兩個沉頭通孔4分別位于功率半導體絕緣拉桿的 兩個受力固定端2，2'，用于功率半導體絕緣拉桿與功率半導體壓緊裝置之間的固定，螺母 5為鑲嵌式螺母，有兩組共六個，每組三個螺母5分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力 固定端2，2'，用于功率半導體絕緣拉桿與外界的安裝平臺之間的固定。功率半導體絕緣拉 桿包括至少一根加強筋板3，加強筋板3位于絕緣拉桿主體1上。功率半導體絕緣拉桿還包 括至少一條凹槽17，凹槽17位于絕緣拉桿主體1上加強筋板3安裝面的相對反面。通過設 計凹槽17能夠在滿足功率半導體絕緣拉桿抗拉強度的前提下，進一步節(jié)省材料。1為絕緣拉桿主體，作為功率半導體絕緣拉桿的主要受力部位，本身擁有較大的截 面積，在相同材料的情況下，比絕緣螺桿擁有更好的力學抗拉性能，且不易受到外界環(huán)境溫 度的影響；2和2'為受力固定端，用以固定絕緣拉桿，保證拉桿的穩(wěn)定性；3為加強筋板，首 先增加了拉桿的受力截面積，保證了絕緣拉桿的力學性能，其次，也可以對被壓裝的平板式 功率半導體組件的散熱器進行位置定位，保證壓裝位置精度的要求；4為沉頭通孔，用于 與平板式功率半導體組件壓裝的壓緊裝置進行連接固定；5為鑲嵌式的螺母，用于固定功 率半導體絕緣拉桿在安裝平臺上，是平板式功率半導體組件壓裝與外界連接固定的部件。其中，功率半導體絕緣拉桿使用的材料有聚乙烯、SMC、DMC等。SMC材料是Sheet molding compound 的縮寫，即片狀模塑料。DMC (BMC)是 Dough (Bulk) molding compound的縮寫，即團狀模塑料。國內常稱作不飽和聚酯團狀模塑料。本實用新型具體實施方式
所描述的功率半導體絕緣拉桿具有以下優(yōu)點1.擁有很好的耐電壓性能絕緣拉桿本身是使用絕緣材料制作，其本身就具有很強的耐電壓性能，通過表面 處理更能增加絕緣拉桿表面的耐爬電性能，并且不易因老化而影響絕緣拉桿的耐電壓性 能。2.擁有很好的力學性能由計算公式ob=Fb/S。式中Fb-試樣拉斷時所承受的最大力，N (牛頓)；S。一試樣原始橫截面積，mm2 ； Qb 一試樣材料的抗拉強度，單位為N/mm2 (MPa)。為了滿足絕緣拉桿力學性能要求，選定一種絕緣材料，其抗拉強度Qb是定的，改 變其受力截面積S。的大小，就可以改變試樣拉斷時所承受的最大力Fb ；通過三者選擇，就可 以找到一個完美的平衡點，用以滿足力學絕緣拉桿的力學性能要求。3.成本比較低由于絕緣拉桿的受力截面積比較大，由σ b=Fb/S。可以得出Fb= σ b*S。，為了滿足Fb， 在受力截面積So大的情況下，就可以選擇σ b小的絕緣材料，可以大幅度降低對絕緣拉桿 材料的要求，從而降低了產品成本。4.生產簡單快捷絕緣拉桿外觀簡單，很方便使用注塑模具進行生產；選用一種絕緣材料的塑粉，使 用注塑模具可以大量快速的生產，并且能夠保證絕緣拉桿的尺寸精度，并且不會存在材料 的浪費問題，從一定上也減少了絕緣拉桿成本。大批量的定型生產，優(yōu)勢更明顯。如圖9所示的是一種功率半導體絕緣拉桿壓緊裝置，包括功率半導體絕緣拉桿， 上固定板6，下固定板7和功率半導體壓緊模塊，兩根功率半導體絕緣拉桿與固定板6和下 固定板7組成壓緊裝置的框架，整體固定在固定底座16上，功率半導體壓緊模塊放置在壓 緊裝置的框架內，并安裝在半導體功率組件8的上端。功率半導體壓緊模塊進一步包括導 向桿9、蝶形彈簧下?lián)醢?0、蝶形彈簧11、蝶形彈簧上擋板12、固定墊塊13、壓緊螺母14和 防松螺母15，導向桿9、蝶形彈簧下?lián)醢?0、蝶形彈簧11、蝶形彈簧上擋板12、固定墊塊13、 壓緊螺母14和防松螺母15從下至上依次組裝，通過壓緊螺母14和防松螺母15將導向桿 9、蝶形彈簧下?lián)醢?0、蝶形彈簧11、蝶形彈簧上擋板12、固定墊塊13和半導體功率組件8 壓緊固定在上固定板6和下固定板7之間。一種功率半導體絕緣拉桿壓緊裝置的組裝方法，是通過將兩根功率半導體絕緣拉 桿與固定板6和下固定板7組成壓緊裝置的框架，然后整體固定在固定底座16上；將功率 半導體壓緊模塊放置在壓緊裝置的框架內，并安裝在半導體功率組件8的上端，對半導體 功率組件8進行壓裝；在半導體功率組件8的上端安裝一個壓力傳感器，這樣上端受壓力最 小，為了保證元件壓力，因此將壓力傳感器安裝在最上端。然后使用力矩扳手旋轉壓緊螺母 14，推動蝶形彈簧上擋板12壓緊蝶形彈簧11，通過蝶形彈簧11將壓力傳達給導向桿9，然 后作用在半導體功率組件8及壓力傳感器上，當壓力傳感器讀數(shù)滿足半導體功率組件8所 需要的壓力時，記錄當時的力矩扳手讀數(shù)A ；反向旋轉壓緊螺母14，瀉去內部壓力，將壓力傳感器取下，再使用力矩扳手旋轉壓緊螺母14，推動蝶形彈簧上擋板12壓緊蝶形彈簧11，通過蝶形彈簧11將壓力傳達給導向 桿9，當力矩扳手的力矩達到A時，即滿足了半導體功率組件8的壓力需求，然后使用防松螺 母15將壓緊裝置鎖緊，防止壓緊螺母14松動，完成整個壓緊裝置的組裝。兩根功率半導體 絕緣拉桿是整個功率半導體絕緣拉桿壓緊裝置的主要受拉部件，且對半導體功率組件8具 有一定的定位作用。上述具體實施方式
所描述的方案目前主要用于IOKV系統(tǒng)中，要求絕緣拉桿受拉 力F>25KN，耐電壓性能滿足IOKV的要求(工頻耐壓4IV，表面爬電滿足25KV/100mm)，材料 是SMC塑粉，熱注塑摸具生產。當然本方案還可以用于其他類似的和不同功率等級的領域。以上所述僅是本實用新型的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技 術人員來說，在不脫離本實用新型原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和 潤飾也應視為本實用新型的保護范圍。
權利要求1.一種功率半導體絕緣拉桿，其特征在于包括絕緣拉桿主體(1)，受力固定端(2， 2')，沉頭通孔(4)和螺母(5)，絕緣拉桿主體(1)是功率半導體絕緣拉桿的主要受力部位， 受力固定端(2，2')位于絕緣拉桿主體(1)的兩端，用于對功率半導體絕緣拉桿進行連接 固定，至少兩個沉頭通孔(4)分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端(2，2')，用 于功率半導體絕緣拉桿與功率半導體壓緊裝置之間的固定，至少兩個螺母(5)分別位于功 率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端(2，2')，用于功率半導體絕緣拉桿與外界的安裝平 臺之間的固定。
2.根據(jù)權利要求1所述的一種功率半導體絕緣拉桿，其特征在于所述的功率半導體 絕緣拉桿包括至少一根加強筋板(3)，加強筋板(3)位于絕緣拉桿主體(1)上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的一種功率半導體絕緣拉桿，其特征在于所述的功率半 導體絕緣拉桿包括至少一條凹槽(17)，所述的凹槽(17)位于絕緣拉桿主體(1)上加強筋板 (3)安裝面的相對反面。
4.根據(jù)權利要求3所述的一種功率半導體絕緣拉桿，其特征在于所述的沉頭通孔(4) 為兩組共四個，每組兩個沉頭通孔(4)分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端 (2,2')。
5.根據(jù)權利要求4所述的一種功率半導體絕緣拉桿，其特征在于所述的螺母(5)為鑲 嵌式螺母，有兩組共六個，每組三個螺母(5)分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定 端(2，2')。
6.一種利用權利要求1、2、4、5中任一權利要求所述的一種功率半導體絕緣拉桿的壓 緊裝置，其特征在于所述的壓緊裝置包括功率半導體絕緣拉桿，上固定板(6)，下固定板 (7)和功率半導體壓緊模塊，兩根功率半導體絕緣拉桿與固定板(6)和下固定板(7)組成壓 緊裝置的框架，整體固定在固定底座(16)上，功率半導體壓緊模塊放置在壓緊裝置的框架 內，并安裝在半導體功率組件(8)的上端。
7.根據(jù)權利要求6所述的一種功率半導體絕緣拉桿壓緊裝置，其特征在于所述的功 率半導體壓緊模塊包括導向桿(9)、蝶形彈簧下?lián)醢?10)、蝶形彈簧(11)、蝶形彈簧上擋板 (12)、固定墊塊(13)、壓緊螺母(14)和防松螺母(15)，所述的導向桿(9)、蝶形彈簧下?lián)醢?(10)、蝶形彈簧(11)、蝶形彈簧上擋板(12)、固定墊塊(13)、壓緊螺母(14)和防松螺母(15) 從下至上依次組裝，通過壓緊螺母(14)和防松螺母(15)將導向桿(9)、蝶形彈簧下?lián)醢?(10)、蝶形彈簧(11)、蝶形彈簧上擋板(12)、固定墊塊(13)和半導體功率組件(8)壓緊固定 在上固定板(6)和下固定板(7)之間。
專利摘要本實用新型公開了一種功率半導體絕緣拉桿及其壓緊裝置，包括絕緣拉桿主體，受力固定端，沉頭通孔和螺母，絕緣拉桿主體是功率半導體絕緣拉桿的主要受力部位，受力固定端位于絕緣拉桿主體的兩端，用于對功率半導體絕緣拉桿進行連接固定，至少兩個沉頭通孔分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端，用于功率半導體絕緣拉桿與功率半導體壓緊裝置之間的固定，至少兩個螺母分別位于功率半導體絕緣拉桿的兩個受力固定端，用于功率半導體絕緣拉桿與外界的安裝平臺之間的固定。通過應用本實用新型所描述的技術方案，能夠滿足功率半導體器件壓力需求和各電壓等級結構絕緣的問題，同時還能解決環(huán)境溫度對絕緣拉桿造成的熱脹冷縮變形量大的問題。
文檔編號H01L23/40GK201868396SQ201020638780
公開日2011年6月15日 申請日期2010年12月2日 優(yōu)先權日2010年12月2日
發(fā)明者史虎, 張斌, 張鐵軍, 彭京, 歐英, 陸鑒詩, 陳剛, 陳雪, 雷立, 龍致遠 申請人:株洲變流技術國家工程研究中心有限公司