一种新型一体化水冷晶闸管的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种新型一体化水冷晶闸管，该晶闸管包括管座和管盖、其间设有具有保护层的芯片，所述管座的另一端与散热器连接。通过外部压装力使得晶闸管管座底面与散热器连接，由于管座与散热器共用一面，从而减小了现有晶闸管与散热器之间的接触热阻，实现热量从晶闸管芯片向散热器传递，提高散热效率。
【专利说明】一种新型一体化水冷晶闸管
【技术领域】
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[0001]本发明涉及一种晶闸管，具体讲涉及一种一体化水冷晶闸管。
【背景技术】
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[0002]目前6英寸大功率晶闸管主要应用于特高压直流输电换流阀中，作为换流阀的开关元器件，实际运行中会通入高达5kA的电流，这种情况下会给晶闸管带来较大损耗，损耗产生的热量会导致晶闸管芯片温度的升高。为避免晶闸管芯片温度过高而失效，通常给晶闸管配备水冷散热器将热量及时带走，使其芯片温度控制在安全范围内。
[0003]本发明人长期观察发现现有的散热器与晶闸管是单独设计、制造的，使用时在外力下将散热器与晶闸管联接，热量主要从两者之间的接触面从晶闸管向散热器传递，进而被散热器内的冷却介质带走。
[0004]晶闸管的结温由芯片的损耗、冷却液温度和芯片到冷却液之间的热阻决定，而芯片损耗和冷却液温度在系统设计时已经确定，降低结温的目的主要依靠减小热阻提高散热效率来实现。
【发明内容】
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[0005]本发明的目的是提供一种新型一体化水冷晶闸管，该晶闸管采用散热器和晶闸管一体化设计，减小了现有晶闸管与散热器之间的接触热阻。
[0006]为实现上述目的，本发明采用以下技术方案:一种新型一体化水冷晶闸管，所述晶闸管包括管座和管盖、其间设有具有保护层的芯片，所述管座的另一端与散热器连接。
[0007]本发明提供的一种新型一体化水冷晶闸管，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。
[0008]本发明提供的一种新型一体化水冷晶闸管，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。
[0009]本发明提供的另一优选的一种新型一体化水冷晶闸管，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。
[0010]本发明提供的再一优选的一种新型一体化水冷晶闸管，在所述管座与散热器连接的一端通过外力与所述壳体连接。
[0011]本发明提供的又一优选的一种新型一体化水冷晶闸管，将所述晶闸管充入惰性气体。
[0012]本发明提供的又一优选的一种新型一体化水冷晶闸管，所述惰性气体为氦气和氮气的混合气体，防止管内金属氧化。
[0013]本发明提供的又一优选的一种新型一体化水冷晶闸管，所述芯片外沿包有橡胶套。
[0014]本发明提供的又一优选的一种新型一体化水冷晶闸管，所述晶闸管为6英寸晶闸管
[0015]由于采用了上述技术方案，本发明得到的有益效果是:
[0016]1、本发明中在晶闸管管座上设计散热器，消除了原来晶闸管与散热器之间的接触热阻；
[0017]2、本发明中新型晶闸管设计省去了晶闸管与散热器相接触的壁面，且开槽时挖除了部分散热器材料，使得器件整体更加简洁、经济；
[0018]3、本发明中新型晶闸管大大提高了其本身的散热效率；
[0019]4、本发明中的新型晶闸管与散热器间的接触热阻减少20% ；
[0020]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；
[0021]6、本发明的微槽道散热器使得热阻降低了 11.5%-46% ；
[0022]7、本发明微槽道散热器的散热率与突起的形状、大小、长度和数量有着很大的关系;
[0023]8、本发明的晶闸管加强了抗震性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0024]图1为一体化水冷晶闸管结构示意图；
[0025]图2为晶闸管结构示意图；
[0026]图3为冷却水道结构示意图；
[0027]图4为微槽道示意图；
[0028]其中，1-晶闸管，2-壳体，3-入水口，4-出水口 ；
[0029]1.1-管座，1.2-保护层，1.3-芯片，1.4_门极引线出口，1.5_管盖；
[0030]2.1-冷却水道,2.2-微槽道。
【具体实施方式】
[0031]下面结合实施例对发明作进一步的详细说明。
[0032]实施例1:
[0033]如图1-3所示，本例的发明主要对6英寸一体化水冷晶闸管进行，所述晶闸管I包括沿轴向依次设置的管座1.1、瓷环壳、保护层1.2、芯片1.3和管盖1.5 ;所述芯片1.3外沿包有橡胶套；所述保护层1.2和芯片依次扣入瓷环壳内；在所述管座1.1轴向方向下设有散热器。
[0034]所述芯片1.3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；并分别设有所述阳极引出线、阴极引出线和门极引出线，所述门极引线沿硅片径向方向通过晶闸管管座1.1边缘径向孔的门极引线出口 1.4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。
[0035]所述散热器包括壳体2和沿所述壳体轴线方向设置在主体内部的螺旋型冷却水道2.1，所述冷却水道2.1首尾端分别为入水口 3和出水口 4，并连接到壳体2外。所述冷却流道2.1沿其轴线方向在其内壁上设有突起2.3，该突起2.3可以为矩形、锯齿形或多边形。
[0036]所述壳体2为敞口圆柱壳体，将所述管座1.1与散热器连接的一端通过外部压装力安装在所述壳体2的敞口处，使之形成壳体2的上盖，从而晶闸管I与散热器很好的连接并使得一体化水冷晶闸管中的晶闸管I与散热器的接触热阻减少20%。
[0037]使用6英寸一体化水冷晶闸管时，通过外部压装力使得晶闸管I的管座1.1底面与散热器一面紧密接触来实现热量从晶闸管I的芯片1.3向散热器传到。采用新型设计后，散热器制作就在晶闸管I的管座1.1上进行，形成一只自带散热器的晶闸管1，形成一体化水冷晶闸管，并在直流换流阀中可以直接串联使用。
[0038]本发明的微槽道散热器热阻降低率见下表:
[0039]
【权利要求】
1.一种新型一体化水冷晶闸管，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:所述管座的另一端与散热器连接。
2.如权利要求1所述的一种新型一体化水冷晶闸管，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。
3.如权利要求1所述的一种新型一体化水冷晶闸管，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。
4.如权利要求3所述的一种新型一体化水冷晶闸管，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3所述的一种新型一体化水冷晶闸管，其特征在于:在所述管座与散热器连接的一端通过外力与所述壳体连接。
6.如权利要求1所述的一种新型一体化水冷晶闸管，其特征在于:将所述晶闸管充入惰性气体。
7.如权利要求6所述的一种新型一体化水冷晶闸管，其特征在于:所述惰性气体为氦气和氮气的混合气体，防止管内金属氧化。
8.如权利要求1所述的一种新型一体化水冷晶闸管，其特征在于:所述芯片外沿包有橡胶套。
9.如权利要求1所述的一种新型一体化水冷晶闸管，其特征在于:所述晶闸管为6英寸晶闸管。
【文档编号】H01L23/473GK104167396SQ201310184626
【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, 魏晓光, 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