一种集成散热晶闸管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种集成散热晶闸管，所述晶闸管包括管座和管盖、其间设有具有保护层的芯片，所述管座与保护层连接的一端沿轴线方向设有循环流道，所述管座的另一端与散热器连接。该散热器内部设有的冷却水道通过其首尾端垂直设置的管道与管座内的流道首尾端连接，使得散热器和晶闸管之间形成联通的水道，同时将微槽道设置在水道中，从而能够大幅度提高晶闸管的散热效率、减小温升，提高直流输电换流阀输送容量、运行可靠性，延长使用寿命。
【专利说明】一种集成散热晶闹管
【技术领域】
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[0001]本发明涉及晶闸管，具体讲涉一种新型的微槽道集成散热晶闸管。
【背景技术】
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[0002]在电力领域中，晶闸管器件大量应用于高压直流输电(HVDC)领域，是HVDC换流阀的关键元器件。目前功率晶闸管已经达到6英寸尺寸,容量8.5kV/5000A规格,大容量的功率变换使得晶闸管本身产生的损耗大增并引起晶闸管芯片结温升高，影响晶闸管的运行性能及使用寿命，因此需要专门对晶闸管进行散热设计，使其温升控制在较为理想的水平。
[0003]为晶闸管提供散热服务的是散热器，目前主要的散热器散热方式主要有空气冷却、热管冷却、水冷散热等。其中空气冷却方式效率较低，较多的应用于换流功率较低的领域；热管冷却效率较高但是需要较大体积的散热片，不利于换流阀的结构设计、在静止无功补偿(SVC)等损耗不太大的换流器中应用较多；在高压直流输电领域，综合散热效率、结构设计、电气绝缘性能等多方面因素，普遍采用水冷散热方式。在直流换流阀内部，晶闸管与散热器通过压装结构设计牢固联接，散热器内部通入循环的冷却水将晶闸管产生的热量带走。目前，受结构设计、成本限制，通过增大晶闸管尺寸来提高其通流能力、控制结温的方法应用空间十分有限，主要依赖于散热效率的提升。
【发明内容】
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[0004]本发明的目的是提供一种新型集成散热晶闸管，能够大幅度提高散热效率、减小温升，提高直流输电换流阀输送容量、运行可靠性，延长使用寿命。
[0005]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种集成散热晶闸管，所述晶闸管包括管座和管盖、其间设有具有保护层的芯片，所述管座与保护层连接的一端沿轴线方向设有循环流道，所述管座的另一端与散热器连接。
[0006]本发明提供的一种集成散热晶闸管，所述散热器与所述晶闸管同轴，其包括壳体和沿所述壳体轴线方向设置在壳体内部的循环冷却水道，所述冷却水道首尾端分别为入水口和出水口。
[0007]本发明提供的一种集成散热晶闸管，在所述冷却水道首尾端分别设有垂直于其轴线方向的两个管道，所述管道通过管座与散热器的接触面分别与管座内流道的首尾端连接。
[0008]本发明提供的另一优选的一种集成散热晶闸管，沿所述冷却水道的轴线方向上设有突起，所述突起为矩形、锯齿形或多边形。
[0009]本发明提供的再一优选的一种集成散热晶闸管，沿所述流道的轴线方向上设有突起，所述突起为矩形、锯齿形或多边形。
[0010]本发明提供的又一优选的一种集成散热晶闸管，所述壳体包括主体和上盖，在所述上盖边缘设有密封槽，所述密封槽内填有密封胶，所述上盖通过密封槽与所述主体连接。
[0011]本发明提供的又一优选的一种集成散热晶闸管，所述芯片包括依次设置的阳极侧钥片、硅片和阴极侧钥片；所述硅片包括依次设置的扩磷区N+、短基区P1、长基区N、短基区P2和浓硼扩散区P+ ;所述扩磷区N+上设有阴极和门极，所述浓硼扩散区P+上设有阳极；所述硅片设有隔离墙，所述隔离墙表面设有孔；所述阳极、阴极和门极分别设有径向引出线。
[0012]本发明提供的又一优选的一种集成散热晶闸管，所述散热器上盖通过外压力与所述管座相连。
[0013]本发明提供的又一优选的一种集成散热晶闸管，所述芯片外沿包有橡胶套。
[0014]由于采用了上述技术方案，本发明得到的有益效果是:
[0015]1、本发明中能够大幅度提高散热效率、减小温升，提高直流输电换流阀输送容量、运行可靠性，延长使用寿命；
[0016]2、本发明中晶闸管管座内部加设流道后，冷却液能够进一步靠近位于晶闸管中心的芯片，能够有效减少结壳之间的热阻，降低结温；
[0017]3、本发明中晶闸管管座与散热器耦合形成功率器件模块，降低了晶闸管结壳热阻，能有效降低结温；
[0018]5、本发明晶闸管隔离墙设有径向孔，加快了隔离墙扩散形成速度；
[0019]6、本发明的设有微槽道散热器和晶闸管分别使得热阻降低了 11.5%-46% ；
[0020]7、本发明中将微槽道设置在散热器和晶闸管的流道内，其散热率与突起的形状、大小、长度和数量有着很大的关系；
[0021 ] 8、本发明的晶闸管加强了抗震性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为一种集成散热晶闸管结构示意图；
[0023]图2为本发明的散热器及其流道结构示意图；
[0024]图3为一种晶闸管流道不意图；
[0025]图4为一种晶闸管示意图；
[0026]图5为晶闸管及散热器流道截面示意图；
[0027]其中，1-晶闸管，2-散热器，3-入水口，4-出水口，5-管座，6_突起，7_管道，8_流道，9-冷却水道。
【具体实施方式】
[0028]下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0029]实施例1:
[0030]如图1-5所示，本例的集成散热晶闸管，其中所述晶闸管I包括沿轴向依次设置的管座5、瓷环壳、保护层、芯片和管盖；所述芯片外沿包有橡胶套；所述保护层和芯片依次扣入瓷环壳内；所述管座5与保护层连接的一端内沿轴线方向开槽挖出一条循环流道8，并沿所述流道8轴线方向在其内壁上设有突起6，所述突起6为矩形、锯齿形或多边形。所述管座5另一端与散热器2连接，所述散热器2包括壳体和沿所述壳体轴线方向设置在主体内部的冷却水道9，所述冷却水道设有入水口 3和出水口 4。所述壳体包括主体和上盖，在所述上盖边缘设有密封槽，所述密封槽内填有密封胶，所述上盖通过密封槽与所述主体连接。在所述冷却水道9首尾端设有垂直于冷却水道9轴线方向的两个管道7，所述管道7通过管座5与散热器2的接触面分别与管座5内流道8的首尾端连接，使得晶闸管I与散热器2上各有一对进出水端，两对进出水端彼此相匹配，散热器I与晶闸管2经过压装后两对进出口无缝衔接形成一个联通的流道，晶闸管I和散热器2的流道可以是蚊香型或者网格型等多种形状。所述冷却水道沿轴线方向在其内壁上设有突起6，所述突起6为矩形、锯齿形或多边形。
[0031]所述芯片包括依次轴向设置的阳极侧钥片，硅片和阴极侧钥片；所述硅片包括依次轴向设置的扩磷区N+、短基区P1、长基区N、短基区P2和浓硼扩散区P+ ;所述扩磷区N+上设有阴极和门极，所述浓硼扩散区P+上设有阳极；所述硅片四周设有隔离墙，所述隔离墙表面设有轴向孔；所述阳极、阴极和门极分别设有引出线，所述门极引线沿硅片径向方向通过晶闸管管座5边缘径向孔穿出。将所述晶闸管I放入冷压焊接机，同时将晶闸管I内气体抽真空，再冲入氦气和氮气的混合气体，防止管内金属氧化。所述散热器I上盖与管座5相连，晶闸管I与所述散热器2通过外压力连接在一起形成集成散热晶闸管。
[0032]由于晶闸管I管座5内部加设流道8后，冷却液能够进一步靠近位于晶闸管I中心的芯片，能够有效减少结壳之间的热阻，降低结温。为了进一步增强散热效果，引入微槽道散热技术，将散热器2和晶闸管I的流道表面特制出一定形状的微槽道，使得流道腔体形成一定的表面特征，增大与冷却液的接触面积，提高对流换热效率。
[0033]本发明的设有微槽道散热器和晶闸管热阻降低率见下表:
[0034]
【权利要求】
1.一种集成散热晶闸管，所述晶闸管包括管座和管盖、其间设有具有保护层的芯片，其特征在于:所述管座与保护层连接的一端沿轴线方向设有循环流道，所述管座的另一端与散热器连接。
2.如权利要求1所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:所述散热器与所述晶闸管同轴，其包括壳体和沿所述壳体轴线方向设置在壳体内部的循环冷却水道，所述冷却水道首尾端分别为入水口和出水口。
3.如权利要求2所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:在所述冷却水道首尾端分别设有垂直于其轴线方向的两个管道，所述管道通过管座与散热器的接触面分别与管座内流道的首尾端连接。
4.如权利要求2或3所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:沿所述冷却水道的轴线方向上设有突起，所述突起为矩形、锯齿形或多边形。
5.如权利要求1或3所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:沿所述流道的轴线方向上设有突起，所述突起为矩形、锯齿形或多边形。
6.如权利要求1所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:所述壳体包括主体和上盖，在所述上盖边缘设有密封槽，所述密封槽内填有密封胶，所述上盖通过密封槽与所述主体连接。
7.如权利要求1所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:所述芯片包括依次设置的阳极侧钥片、硅片和阴极侧钥片；所述硅片包括依次设置的扩磷区N+、短基区P1、长基区N、短基区P2和浓硼扩散区P+ ;所述扩磷区N+上设有阴极和门极，所述浓硼扩散区P+上设有阳极；所述硅片设有隔离墙，所述隔离墙表面设有孔；所述阳极、阴极和门极分别设有径向引出线。
8.如权利要求1所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:所述散热器上盖通过外压力与所述管座相连。
9.如权利要求1所述的一种集成散热晶闸管，其特征在于:所述芯片外沿包有橡胶套。
【文档编号】H01L23/473GK104167397SQ201310184560
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2013年5月17日 优先权日:2013年5月17日
【发明者】曹均正, 高冲, 杨俊
申请人:国家电网公司, 国网智能电网研究院, 中电普瑞电力工程有限公司, 山东电力集团公司