专利名称：一种功率半导体绝缘拉杆及其压紧装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种功率半导体绝缘拉杆及其压紧装置，尤其是涉及一种应用于 功率半导体电力电子领域的平板式功率半导体器件串联压装用的功率半导体绝缘拉杆及 其压紧装置。
背景技术：
伴随大量新型技术的实用新型与应用，客户对设备体积的要求日益严格，功率半 导体组件向着更高电压和更小体积发展，随之而来的，即是更小体积下的绝缘问题及功率 半导体器件的压力保证问题。现有技术中，对于平板式功率半导体器件，传统的压装方式都是通过紧拉紧金属 螺杆直接产生对功率半导体器件两端的压紧力，其两极绝缘靠套在拉紧螺杆上的绝缘套管 来实现。但是，当在高压应用领域中，高可靠性的小型化装置越来越受到客户的好评，为此 也出现了一种使用绝缘螺杆(绝缘材料制作)替代金属螺杆的压紧方案。1.现有技术中，传统压装时的使用金属螺杆从抗拉强度方面能够满足功率半导体 器件的压力要求，但是金属做为一种导体，在高压环境下的绝缘问题是一个很关键的问题， 通常采用包绝缘套管来实现高电压的隔离，但是绝缘套管伴随着氧化其耐电压性能会显著 下降，最终影响到产品的可靠性。2.现有技术中，使用绝缘螺杆替代金属螺杆是目前使用比较多的一种方案，绝缘 螺杆通过选型也能够满足功率半导体器件的压力要求，但是其受力截面积小，在相同受力 截面积下，绝缘螺杆的力学性能跟其材料的抗拉强度成正比，高抗拉强度材料的成本很高， 且加工工艺要求很苛刻，造成绝缘螺杆成本很高，且在环境温度有较大变化时，常常受环境 温度影响热胀冷缩，导致功率半导体器件的实际压力变化不定，且长时间处于这种环境温 度变化频繁的环境中，会导致绝缘螺杆应力疲劳，最终影响到产品的可靠性。
实用新型内容本实用新型的目的是提供一种通用性强、可以适用于各种平板式功率器件及其散 热器、同时能够满足功率半导体器件压力需求及较好的解决各电压等级结构绝缘问题的平 板式半导体器件压装用的功率半导体绝缘拉杆及其压紧装置，尤其适用于高压功率半导体 器件串联压装应用的高压领域，用以替代现有技术中的金属螺杆及绝缘螺杆及其压紧装置。本实用新型提供一种功率半导体绝缘拉杆的具体实施方式
，该实施方式所述的一 种功率半导体绝缘拉杆包括绝缘拉杆主体，受力固定端，沉头通孔和螺母，绝缘拉杆主体 是功率半导体绝缘拉杆的主要受力部位，受力固定端位于绝缘拉杆主体的两端，用于对功 率半导体绝缘拉杆进行连接固定，至少两个沉头通孔分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个 受力固定端，用于功率半导体绝缘拉杆与功率半导体压紧装置之间的固定，至少两个螺母 分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端，用于功率半导体绝缘拉杆与外界的安装平台之间的固定。作为本实用新型一种功率半导体绝缘拉杆进一步的实施方式，功率半导体绝缘拉 杆进一步包括至少一根加强筋板，加强筋板位于绝缘拉杆主体上。作为本实用新型一种功率半导体绝缘拉杆进一步的实施方式，功率半导体绝缘拉 杆进一步包括至少一条凹槽，凹槽位于绝缘拉杆主体上加强筋板安装面的相对反面。作为本实用新型一种功率半导体绝缘拉杆进一步的实施方式，沉头通孔进一步为 两组共四个，每组两个沉头通孔分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端。作为本实用新型一种功率半导体绝缘拉杆进一步的实施方式，螺母进一步为镶嵌 式螺母，有两组共六个，每组三个螺母分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端。本实用新型还提供一种功率半导体绝缘拉杆压紧装置的具体实施方式
，该实施方 式所述的压紧装置包括功率半导体绝缘拉杆，上固定板，下固定板和功率半导体压紧模块， 两根功率半导体绝缘拉杆与固定板和下固定板组成压紧装置的框架，整体固定在固定底座 上，功率半导体压紧模块放置在压紧装置的框架内，并安装在半导体功率组件的上端。作为本实用新型一种功率半导体绝缘拉杆压紧装置进一步的实施方式，功率半导 体压紧模块进一步包括导向杆、蝶形弹簧下挡板、蝶形弹簧、蝶形弹簧上挡板、固定垫块、压 紧螺母和防松螺母，导向杆、蝶形弹簧下挡板、蝶形弹簧、蝶形弹簧上挡板、固定垫块、压紧 螺母和防松螺母从下至上依次组装，通过压紧螺母和防松螺母将导向杆、蝶形弹簧下挡板、 蝶形弹簧、蝶形弹簧上挡板、固定垫块和半导体功率组件压紧固定在上固定板和下固定板 之间。通过应用本实用新型实施方式所描述的功率半导体绝缘拉杆和压紧装置及其组 装方法，能够同时满足功率半导体器件压力需求和较好地解决各电压等级结构绝缘的问 题。由于本实用新型的绝缘拉杆是根据增大受力截面积而增强其所能承受的最大拉应力 的，同时还能解决环境温度对绝缘拉杆造成的热胀冷缩变形量大的问题。
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例 或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅 是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提 下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图一-主视 图；图2是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图二-后视 图；图3是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图三-俯视 图；图4是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图四-仰视 图；图5是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图五-左视 图；[0021]图6是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图六-右视 图；图7是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图七-立体图 1 ；图8是本实用新型一种实施方式的功率半导体绝缘拉杆的结构示意图八-立体图 2 ；图9是本实用新型一种利用功率半导体绝缘拉杆的压紧装置的实施方式的结构 示意图；其中1、1'-绝缘拉杆主体，2、2'-受力固定端，3-加强筋板，4-沉头通孔， 5-螺母，6-上固定板，7-下固定板，8-半导体功率组件，9-导向杆，10-蝶形弹簧下挡板， 11-蝶形弹簧，12-蝶形弹簧上挡板，13-固定垫块，14-压紧螺母，15-防松螺母，16-固定底 座，17-凹槽。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行 清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部 的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提 下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。作为本实用新型一种功率半导体绝缘拉杆的具体实施方式
，如图1至图8所示，是 一种具体应用在电力电子高压软启动领域的功率半导体绝缘拉杆的实施例。该实施例具体 用于高压平板式功率半导体器件的串联压装。功率半导体绝缘拉杆包括绝缘拉杆主体1， 受力固定端2，2'，沉头通孔4和螺母5，绝缘拉杆主体1是功率半导体绝缘拉杆的主要受 力部位，受力固定端2，2'位于绝缘拉杆主体1的两端，用于对功率半导体绝缘拉杆进行连 接固定，沉头通孔4为两组共四个，每组两个沉头通孔4分别位于功率半导体绝缘拉杆的 两个受力固定端2，2'，用于功率半导体绝缘拉杆与功率半导体压紧装置之间的固定，螺母 5为镶嵌式螺母，有两组共六个，每组三个螺母5分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力 固定端2，2'，用于功率半导体绝缘拉杆与外界的安装平台之间的固定。功率半导体绝缘拉 杆包括至少一根加强筋板3，加强筋板3位于绝缘拉杆主体1上。功率半导体绝缘拉杆还包 括至少一条凹槽17，凹槽17位于绝缘拉杆主体1上加强筋板3安装面的相对反面。通过设 计凹槽17能够在满足功率半导体绝缘拉杆抗拉强度的前提下，进一步节省材料。1为绝缘拉杆主体，作为功率半导体绝缘拉杆的主要受力部位，本身拥有较大的截 面积，在相同材料的情况下，比绝缘螺杆拥有更好的力学抗拉性能，且不易受到外界环境温 度的影响；2和2'为受力固定端，用以固定绝缘拉杆，保证拉杆的稳定性；3为加强筋板，首 先增加了拉杆的受力截面积，保证了绝缘拉杆的力学性能，其次，也可以对被压装的平板式 功率半导体组件的散热器进行位置定位，保证压装位置精度的要求；4为沉头通孔，用于 与平板式功率半导体组件压装的压紧装置进行连接固定；5为镶嵌式的螺母，用于固定功 率半导体绝缘拉杆在安装平台上，是平板式功率半导体组件压装与外界连接固定的部件。其中，功率半导体绝缘拉杆使用的材料有聚乙烯、SMC、DMC等。SMC材料是Sheet molding compound 的缩写，即片状模塑料。DMC (BMC)是 Dough (Bulk) molding compound的缩写，即团状模塑料。国内常称作不饱和聚酯团状模塑料。本实用新型具体实施方式
所描述的功率半导体绝缘拉杆具有以下优点1.拥有很好的耐电压性能绝缘拉杆本身是使用绝缘材料制作，其本身就具有很强的耐电压性能，通过表面 处理更能增加绝缘拉杆表面的耐爬电性能，并且不易因老化而影响绝缘拉杆的耐电压性 能。2.拥有很好的力学性能由计算公式ob=Fb/S。式中Fb-试样拉断时所承受的最大力，N (牛顿)；S。一试样原始横截面积，mm2 ； Qb 一试样材料的抗拉强度，单位为N/mm2 (MPa)。为了满足绝缘拉杆力学性能要求，选定一种绝缘材料，其抗拉强度Qb是定的，改 变其受力截面积S。的大小，就可以改变试样拉断时所承受的最大力Fb ；通过三者选择，就可 以找到一个完美的平衡点，用以满足力学绝缘拉杆的力学性能要求。3.成本比较低由于绝缘拉杆的受力截面积比较大，由σ b=Fb/S。可以得出Fb= σ b*S。，为了满足Fb， 在受力截面积So大的情况下，就可以选择σ b小的绝缘材料，可以大幅度降低对绝缘拉杆 材料的要求，从而降低了产品成本。4.生产简单快捷绝缘拉杆外观简单，很方便使用注塑模具进行生产；选用一种绝缘材料的塑粉，使 用注塑模具可以大量快速的生产，并且能够保证绝缘拉杆的尺寸精度，并且不会存在材料 的浪费问题，从一定上也减少了绝缘拉杆成本。大批量的定型生产，优势更明显。如图9所示的是一种功率半导体绝缘拉杆压紧装置，包括功率半导体绝缘拉杆， 上固定板6，下固定板7和功率半导体压紧模块，两根功率半导体绝缘拉杆与固定板6和下 固定板7组成压紧装置的框架，整体固定在固定底座16上，功率半导体压紧模块放置在压 紧装置的框架内，并安装在半导体功率组件8的上端。功率半导体压紧模块进一步包括导 向杆9、蝶形弹簧下挡板10、蝶形弹簧11、蝶形弹簧上挡板12、固定垫块13、压紧螺母14和 防松螺母15，导向杆9、蝶形弹簧下挡板10、蝶形弹簧11、蝶形弹簧上挡板12、固定垫块13、 压紧螺母14和防松螺母15从下至上依次组装，通过压紧螺母14和防松螺母15将导向杆 9、蝶形弹簧下挡板10、蝶形弹簧11、蝶形弹簧上挡板12、固定垫块13和半导体功率组件8 压紧固定在上固定板6和下固定板7之间。一种功率半导体绝缘拉杆压紧装置的组装方法，是通过将两根功率半导体绝缘拉 杆与固定板6和下固定板7组成压紧装置的框架，然后整体固定在固定底座16上；将功率 半导体压紧模块放置在压紧装置的框架内，并安装在半导体功率组件8的上端，对半导体 功率组件8进行压装；在半导体功率组件8的上端安装一个压力传感器，这样上端受压力最 小，为了保证元件压力，因此将压力传感器安装在最上端。然后使用力矩扳手旋转压紧螺母 14，推动蝶形弹簧上挡板12压紧蝶形弹簧11，通过蝶形弹簧11将压力传达给导向杆9，然 后作用在半导体功率组件8及压力传感器上，当压力传感器读数满足半导体功率组件8所 需要的压力时，记录当时的力矩扳手读数A ；反向旋转压紧螺母14，泻去内部压力，将压力传感器取下，再使用力矩扳手旋转压紧螺母14，推动蝶形弹簧上挡板12压紧蝶形弹簧11，通过蝶形弹簧11将压力传达给导向 杆9，当力矩扳手的力矩达到A时，即满足了半导体功率组件8的压力需求，然后使用防松螺 母15将压紧装置锁紧，防止压紧螺母14松动，完成整个压紧装置的组装。两根功率半导体 绝缘拉杆是整个功率半导体绝缘拉杆压紧装置的主要受拉部件，且对半导体功率组件8具 有一定的定位作用。上述具体实施方式
所描述的方案目前主要用于IOKV系统中，要求绝缘拉杆受拉 力F>25KN，耐电压性能满足IOKV的要求(工频耐压4IV，表面爬电满足25KV/100mm)，材料 是SMC塑粉，热注塑摸具生产。当然本方案还可以用于其他类似的和不同功率等级的领域。以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技 术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和 润饰也应视为本实用新型的保护范围。
权利要求1.一种功率半导体绝缘拉杆，其特征在于包括绝缘拉杆主体(1)，受力固定端(2， 2')，沉头通孔(4)和螺母(5)，绝缘拉杆主体(1)是功率半导体绝缘拉杆的主要受力部位， 受力固定端(2，2')位于绝缘拉杆主体(1)的两端，用于对功率半导体绝缘拉杆进行连接 固定，至少两个沉头通孔(4)分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端(2，2')，用 于功率半导体绝缘拉杆与功率半导体压紧装置之间的固定，至少两个螺母(5)分别位于功 率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端(2，2')，用于功率半导体绝缘拉杆与外界的安装平 台之间的固定。
2.根据权利要求1所述的一种功率半导体绝缘拉杆，其特征在于所述的功率半导体 绝缘拉杆包括至少一根加强筋板(3)，加强筋板(3)位于绝缘拉杆主体(1)上。
3.根据权利要求1或2所述的一种功率半导体绝缘拉杆，其特征在于所述的功率半 导体绝缘拉杆包括至少一条凹槽(17)，所述的凹槽(17)位于绝缘拉杆主体(1)上加强筋板 (3)安装面的相对反面。
4.根据权利要求3所述的一种功率半导体绝缘拉杆，其特征在于所述的沉头通孔(4) 为两组共四个，每组两个沉头通孔(4)分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端 (2,2')。
5.根据权利要求4所述的一种功率半导体绝缘拉杆，其特征在于所述的螺母(5)为镶 嵌式螺母，有两组共六个，每组三个螺母(5)分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定 端(2，2')。
6.一种利用权利要求1、2、4、5中任一权利要求所述的一种功率半导体绝缘拉杆的压 紧装置，其特征在于所述的压紧装置包括功率半导体绝缘拉杆，上固定板(6)，下固定板 (7)和功率半导体压紧模块，两根功率半导体绝缘拉杆与固定板(6)和下固定板(7)组成压 紧装置的框架，整体固定在固定底座(16)上，功率半导体压紧模块放置在压紧装置的框架 内，并安装在半导体功率组件(8)的上端。
7.根据权利要求6所述的一种功率半导体绝缘拉杆压紧装置，其特征在于所述的功 率半导体压紧模块包括导向杆(9)、蝶形弹簧下挡板(10)、蝶形弹簧(11)、蝶形弹簧上挡板 (12)、固定垫块(13)、压紧螺母(14)和防松螺母(15)，所述的导向杆(9)、蝶形弹簧下挡板 (10)、蝶形弹簧(11)、蝶形弹簧上挡板(12)、固定垫块(13)、压紧螺母(14)和防松螺母(15) 从下至上依次组装，通过压紧螺母(14)和防松螺母(15)将导向杆(9)、蝶形弹簧下挡板 (10)、蝶形弹簧(11)、蝶形弹簧上挡板(12)、固定垫块(13)和半导体功率组件(8)压紧固定 在上固定板(6)和下固定板(7)之间。
专利摘要本实用新型公开了一种功率半导体绝缘拉杆及其压紧装置，包括绝缘拉杆主体，受力固定端，沉头通孔和螺母，绝缘拉杆主体是功率半导体绝缘拉杆的主要受力部位，受力固定端位于绝缘拉杆主体的两端，用于对功率半导体绝缘拉杆进行连接固定，至少两个沉头通孔分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端，用于功率半导体绝缘拉杆与功率半导体压紧装置之间的固定，至少两个螺母分别位于功率半导体绝缘拉杆的两个受力固定端，用于功率半导体绝缘拉杆与外界的安装平台之间的固定。通过应用本实用新型所描述的技术方案，能够满足功率半导体器件压力需求和各电压等级结构绝缘的问题，同时还能解决环境温度对绝缘拉杆造成的热胀冷缩变形量大的问题。
文档编号H01L23/40GK201868396SQ201020638780
公开日2011年6月15日 申请日期2010年12月2日 优先权日2010年12月2日
发明者史虎, 张斌, 张铁军, 彭京, 欧英, 陆鉴诗, 陈刚, 陈雪, 雷立, 龙致远 申请人:株洲变流技术国家工程研究中心有限公司