КОНСТРУКЦИЯ СИЛОВОГО ПОЛУПРОВОДНИКОВОГО МУЛЬТИМОДУЛЯ

Конструкция силового полупроводникового мультимодуля. Полезная модель относится к силовой полупроводниковой технике и может быть использована при создании новых приборов силовой полупроводниковой электроники.
Известны конструкции полупроводниковых мультимодулей, состоящие из бескорпусных полупроводниковых приборов, каждый из которых размещен на подложке, припаянной к основанию мультимодуля, электрических шин, с помощью которых бескорпусные полупроводниковые приборы соединены в электрическую схему, ( патенты US 5 541 453 от 30.07.96 г., US 5 748 456 от 05.05.98 г., US 5 705 848 от 06.01.98 г., US 5 773 320 от 30.06.98).
Общим недостатком конструкций мультимодулей по патентам US 5 541 453, US 5 748 456, US 5 705 848 , US 5 773 320 является то, что;
а в мультимодулях применяются бескорпусные полупроводниковые приборы, имеющие малые размеры и расположены на изоляционной подложке, в которой площадь растекания тепла незначительная превышает площадь полупроводникового элемента. Так как значение теплового сопротивления между полупроводниковыми приборами и основанием мультимодуля обратно пропорционально площади бескорпусных полупроводниковых приборов, следовательно они имеют большое тепловое сопротивление и соответственно низкую нагрузочную способность по току,
а основание мультимодуля с большим числом полупроводниковых приборов имеет сравнительно большие размеры, при пайке подложек бескорпусных полупроводниковых приборов в нем возникают остаточные напряжения, приводящие к его деформации, и как следствие к увеличению теплового
//
о а а а Q а а а а сопротивления между основанием и охладителем и уменьшению токовой нафузки мультимодуля. Известна конструкция полупроводникового модуля, в которой использованы бескорпусные полупроводниковые приборы, напаянные на подложку, размещенную непосредственно на плоской части сребренного охладителя ( патент US 5 808 868 от 15.09.98 г.). Полупроводниковый модуль по патенту US 5 808 868 так же, как и полупроводниковые мультимодули по патентам US 5 541 453, US 5 748 456, US 5 705 848 , US 5 773 320 имеет повышенное тепловое сопротивление. Общим недостатком конструкций по патентам US 5 541 453, US 5 748 456, US 5 705 848 , US 5 773 320 и US 5 808 868, является то, что они изготовлены с применением пайки и имеют низкую стойкость к циклам « включеновыключено. Признаки аналогов по патентам США US 5 541 453 , US 5 748 456, US 5 705 848 , US 5 773 320, US 5 808 868, совпадающие с существенными признаками заявляемой полезной модели, являются следующими, наличие: корпуса мультимодуля, полупроводниковых приборов, размещенных в корпусе мультимодуля, шин , электрически соединенных с полупроводниковыми приборами, оребренного охпадителя, Основная причина, препятствующая получению требуемых технических решений в аналогах, являются следующие: в мультимодулях применена пайка для крепления подложки на основание, что приводит к низкой стойкости модулей к циклам « включено- выключено.
а в мультимодулях применены бескорпусные полупроводниковые приборы,
имеющие повышенное внутреннее тепловое сопротивление.
За прототип принята прижимная конструкция полупроводникового модуля по патенту US 4 499 485 от 12.02.85, состоящая из: а корпуса модуля,
а полупроводниковых приборов таблеточной конструкции с размещенными в них полупроводниковыми элементами, каждый из которых имеет не менее двух электродов,
а нижней шины , на которой размещены полупроводниковые приборы, Q плоских шайб, тарельчатых пружин, электрически изолированной траверсы, обеспечивающих прижимной электрический контакт между электродами полупроводниковых приборов и нижней шиной.
Причины, препятствующие получению требуемых технических решений в прототипе, являются следующими :
а конструкция применима для модуля, содержащего два полупроводниковых
прибора,
а электроды модулей проходят сквозь тело траверсы, что приводит к ослаблению механических свойств траверсы и как следствие к необходимости увеличения ее толщины.
Задача, на которую направлена заявляемая полезная модель, состоит в том, чтобы устранить указанные недостатки и создать полезную модель мультимодуля прижимной конструкции, в состав которого входит более двух полупроводниковых приборов, имеющего улучшенные эксплуатационные характеристики, повышенную токовую нагрузку за счет снижения внутреннего теплового сопротивления.
Сущность предлагаемых технических решений состоит в том, что конструкция мультимодуля включает в себя ; а корпус мультимодуля, а лолулроводниковые приборы, размещенные в корпусе мультимодуля,
каждый из которых имеет собственный корпус с установленными в нем
полупроводниковыми элементами, не менее двух электродов, одним из
которых является металлическое основание прибора , вторым электродом
является вывод прибора, а нижнюю электрическую шину, на которой размещены лолупроводниковые
приборы, а теплопроводящий электрический изолятор, на котором размещена нижняя
шина, о верхние электрические шины, служащие для соединения между собой
выводов полупроводниковых приборов, а плоские шайбы, а тарельчатые пружины, обеспечивающие прижимной электрический контакт
между, верхними шинами, электродами полупроводниковых приборов и
нижней шиной,
а электрически изолированную траверсу, а стяжные винты, а оребренный охладитель, имеющий плоскую область, расположенную
перпендикулярно ребрам.
В мультимодуле на плоской части сребренного охладителя и теплопроводящих электрических изоляторах размещено не менее двух нижних шин с установленными на них полупроводниковыми приборами фланцевой конструкции, В
нижних шинах изготовлены отверстия, соосные с отверстиями в основаниях полупроводниковых приборов, в которые вставлены штифты, препятствующие перемещению полупроводниковых приборов в плоскости шин. В отверстия выводов полупроводниковых приборов вставлены направляющие изоляторы, на которые одеты верхние шины, плоские шайбы, тарельчатые пружины, траверсы, соединенные с оребренным охладителем посредством стяжных винтов, проходящих через сквозные отверстия в его плоской части и вкрученных в планки, вложенные между ребер охладителя.
Участки верхних и нижних шин, служащие для подключения мультимодуля к внешней электрической схеме, выведены из корпуса мультимодуля, не пересекая тела траверс.
На концах ребер охладителя параллельно его плоской части на расстоянии не более
вьюоты ребра укреплен вентилятор с направлением воздушного потока
перпендикулярно плоской части сребренного охладителя.
Общими признаками заявляемого технического решения и известного являются
наличие:
а корпуса мультимодуля,
а полупроводниковых приборов, размещенных в корпусе мультимодуля, каждый из которых имеет собственный корпус с установленными в нем полупроводниковыми элементами, не менее двух электродов, одним из которых является металлическое основание прибора , вторым электродом является вывод прибора,
а нижней электрической шины, на которой размещены полупроводниковые приборы.
Q а а а а о а Отлич являю а а о теплопроводящего электрического изолятора, на котором размещена нижняя шина, верхних электрических шин, служащих для соединения между собой выводов полупроводниковых приборов, плоских шайб, тарельчатых пружин, обеспечивающих прижимной электрический контакт между, верхними шинами, электродами полупроводниковых приборов и нижней шиной, электрически изолированной траверсы, стяжных винтов, оребренного охладителя, имеющего плоскую область, расположенную перпендикулярно ребрам. ительными признаками заявляемого технического решения и известного тся наличие: не менее двух нижних шин с установленными на них полупроводниковыми приборами фланцевой конструкции, в нижних шинах изготовлены отверстия, соосные с отверстиями в основаниях полупроводниковых приборов, в которыевставлены штифты, препятствующие перемещению полупроводниковых приборов в плоскости шин, в отверстия выводов полупроводниковых приборов вставлены направляющие изоляторы, на которые одеты верхние шины, плоские шайбы, тарельчатые пружины, траверсы, соединенные с оребренным охпадителем посредством расстоянии не более высоты ребра укреплен вентилятор с направлением
стяжных винтов, проходящих через сквозные отверстия в его плоской части и вкрученных в планки, вложенные между ребер охладителя, а участки верхних и нижних шин, служащие для подключения мультимодуля к внешней электрической схеме, выведены из его корпуса, не пересекая тела траверс,
а на концах ребер охладителя параллельно его плоской части на расстоянии не более 0.1 высоты ребра укреплен вентилятор, создающий воздушный поток в направлении, перпендикулярном плоской части оребренного охладителя. Авторы считают, что заявляемые технические решения соответствуют критерию «существенного отличия, так как технические решения, имеющие признаки, сходные с признаками, отличающими заявляемое решение от прототипа, им не известны.
На фиг1. представлен общий вид мультимодуля в изометрии. На фиг.2 представлен общий вид полупроводникового прибора, входящего в состав мультимодуля. На фиг.З приведен разрез мультимодуля без вентилятора в изометрии. Мультимодуль состоит из корпуса 1, крышки корпуса 2, оребренного охладителя 3, участков нижних 4 и верхних 5 шин, служащих для подключения мультимодуля к внешней электрической схеме, вентилятора 6, укрепленного на концах ребер 7 охладителя 3 параллельно его плоской части 8 на расстоянии не более высоты ребра. Воздушный поток, создаваемый вентилятором, направлен перпендикулярно к плоской части 8. Ребра 7 являются диффузором, формирующим воздушный поток.
Один из возможных вариантов конструкции полупроводникового прибора 9, входящего в состав мультимодуля, приведен на d3Mr.2. Полупроводниковый прибор имеет основание 10 с отверстиями 11 , вывод 12, корпус 13, в котором
размещены полупроводниковые элементы диодного, транзисторного или тириоторного типа.
Полупроводниковые приборы 9, размещены - мультимодуле на двух нижних
шинах 4, расположенных на плоской части 8 оребренного охладителя 3,
электрически изолированных от него теплопроводящими изоляторами 14. В
нижних шинах 4 изготовлены отверстия 15, соосные с отверстиями 11
полупроводниковых приборов 9, в которые вставлены штифты 16,
препятствующие перемещению полупроводниковых приборов относительно
плоскости нижних шин.
В отверстия выводов 12 полупроводниковых приборов вставлены направляющие
изоляторы 17 с одетыми на них верхними шинами 5, плоскими шайбами 18,
тарельчатыми пружинами 19, изоляторами Tpasorjc 20 и траверсами 21.
В траверсы 21 вставлены стяжные винты 22. сторые проходят через сквозные
отверстия 23 в плоской части 8 охладителя 3. Зинты 22 вкручены в планки 24,
вложенные между ребер 7 охладителя. Прижимной электрический контакт между
элементами мультимодуля достигается за счет деформации тарельчатых пружин
В целях повышения общей электрической изоляции мультимодуля корпус 1
заполнен компаундом 25.
В конструкции мультимодуля, изображение на фиг.З, применены шесть полупроводниковых приборов, две нижние  ;ве верхние шины. Количество полупроводниковых приборов, каждый из КС .: :э1х может содержать несколько полупроводниковых элементов определ ся электрической схемой мультимодуля. П и редлагаемая конструкция мультимодуля имеет следующие преимущества перед звестными конструкциями: а повышенную циклостойкость «включено - выключено, поскольку контакт между нижними электрическими шинами и основаниями полупроводниковых приборов является прижимным, а повышенную токовую нафузку, так как тепловое сопротивление полупроводниковых приборов, уменьшено посредством лучшего отвода тепла от полупроводниковых элементов за счет его растекания вдоль металлического основания и нижней шины, расположенных до теплопроводящего изолятора, Q интенсивный отвод тепла за счет воздушного потока, создаваемого вентилятором, в направлении, перпендикулярном плоской части охладителя Полупроводниковый мультимодуль может быть применен в источниках электрической энергии электрических и радиотехнических установок, в сварочных аппаратах, преобразователях регулируемых электроприводов,