一種功率器件的製作方法
2023-05-31 20:40:21
一種功率器件的製作方法
【專利摘要】本申請提供的一種功率器件，包括：晶片、兩片電極、鉬片組、陶瓷外殼和短路結構；其中，短路結構包括：壓縮狀態的金屬彈簧、套設於金屬彈簧外側的套管和將金屬彈簧封裝於套管內的低熔點合金；其中，短路結構設置於兩片電極之間，短路結構的一端與一電極的靠近另一電極的內側相連，另一端靠近另一電極的內側；當金屬彈簧處於放鬆狀態時，金屬彈簧的兩端分別與兩片電極的內側接觸。採用該短路結構，當功率器件短路發散熱量時，低熔點合金熔融，金屬彈簧恢復放鬆狀態，連接兩片電極，使得該功率器件失效時，兩片電極之間仍然具有連接導通結構，保證了該功率器件表現為短路失效模式，無需外接旁路晶閘管，功率器件整體結構簡單，易於實現。
【專利說明】
一種功率器件
【技術領域】
[0001]本發明涉及電子設備領域，更具體的說，是涉及一種功率器件。
【背景技術】
[0002]平板壓接型功率器件的結構示意圖如圖1所示，包括晶片101、上鑰片102、上電極103、下鑰片104、下電極105和陶瓷外殼106等，其中，晶片101設置於上鑰片102和下鑰片104之間，上電極103設置於該上鑰片102之上，下電極105設置於下鑰片104之下，陶瓷外殼106設置於上電極103和下電極105之間，用於封裝該功率器件。
[0003]由於平板壓接型功率器件具有雙面散熱、短路失效模式等優點，所以應用於串聯應用場合，例如高壓直流輸電領域。
[0004]該平板壓接型功率器件的串聯示意圖如圖2所示，3個功率器件201相互串聯，每個功率器件之間間隔散熱器202，以保證功率器件的散熱。如果其中任意一個功率器件失效而要求串聯裝置仍然能夠繼續正常運行，則需要該失效的關聯器件表現為短路失效模式，以防止開路模式引起整個裝置運行的終斷，給生產活動帶來損失。
[0005]現有技術中，採用的開路模式一般為在功率器件的外部並聯旁路晶閘管，通過檢測電路的電壓或電流，來確定該功率器件的工作狀態，進而判斷器件是否失效，如果失效，則通過控制電路來開通旁路晶閘管，從而實現外部短路，即失效的關聯器件表現為短路失效模式。
[0006]但是，採用該方法，由於需要為該功率器件外接旁路晶閘管，以及相關的檢測和控制電路，使得該功率器件整體結構裝置變得複雜，並且增大了裝置體積。
【發明內容】
[0007]有鑑於此，本發明提供了一種功率器件，解決了現有技術中由於採用功率器件外接旁路晶閘管的結構，導致功率器件整體結構裝置變得複雜的問題。
[0008]為實現上述目的，本發明提供如下技術方案:
[0009]一種功率器件，包括:至少一個晶片、分別設置於所述晶片兩側的第一電極和第二電極、分別設置與所述晶片和所述第一電極和第二電極之間的至少一組鑰片組、封裝所述第一電極和第二電極的陶瓷外殼和短路結構；
[0010]所述短路結構包括:壓縮狀態的金屬彈簧、套設於所述金屬彈簧外側的套管和將所述金屬彈簧封裝於所述套管內的低熔點合金；
[0011]其中，所述短路結構設置於所述第一電極和第二電極之間，所述短路結構的一端與第一電極的靠近第二電極的內側相連，另一端靠近第二電極的內側；
[0012]所述短路結構中的金屬彈簧處於放鬆狀態時，所述金屬彈簧的兩端分別與所述第一電極和第二電極的內側接觸。
[0013]上述的功率器件，優選的，所述金屬彈簧為筒狀。
[0014]上述的功率器件，優選的，所述套管為筒狀。
[0015]上述的功率器件，優選的，所述金屬彈簧與所述套管的間距為0_2mm。
[0016]上述的功率器件，優選的，所述低熔點合金的熔點溫度為100°C _350°C。
[0017]上述的功率器件，優選的，所述低熔點合金採用鉛錫合金、錫銀合金或錫銀銅合金。
[0018]上述的功率器件，優選的，所述短路結構與所述電極採用螺紋連接。
[0019]上述的功率器件，優選的，所述短路結構的設置位置與所述晶片位置相鄰，所述短路結構到所述晶片的最小距離小於5_。
[0020]上述的功率器件，優選的，所述短路結構個數至少為2個。
[0021]上述的功率器件，優選的，所述短路結構的排布位置與所述第一電極和第二電極的形狀相關。
[0022]經由上述的技術方案可知，與現有技術相比，本發明提供了一種功率器件，包括:至少一個晶片、分別設置於所述晶片兩側的第一電極和第二電極、分別設置與所述晶片和所述第一電極和第二電極之間的至少一組鑰片組、陶瓷外殼和短路結構；其中，短路結構包括:壓縮狀態的金屬彈簧、套設於所述金屬彈簧外側的套管和將所述金屬彈簧封裝於所述套管內的低熔點合金；其中，所述短路結構設置於所述第一電極和第二電極之間，所述短路結構的一端與第一電極的靠近第二電極的內側相連，另一端靠近所述第二電極的內側；所述短路結構中的金屬彈簧處於放鬆狀態時，所述金屬彈簧的兩端分別與所述第一電極和第二電極的內側接觸。採用該短路結構，在該功率器件短路發散熱量時，該封裝金屬彈簧的低熔點合金熔融，金屬彈簧由壓縮狀態恢復放鬆狀態，連接兩片電極，使得該功率器件失效時，兩片電極之間仍然具有連接導通結構，保證了該功率器件表現為短路失效模式。採用該實現短路結構，無需對功率器件外接複雜的旁路晶閘管的結構，功率器件整體結構簡單且佔用體積小，易於實現，便於推廣。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]為了更清楚地說明本發明實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例或現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發明的實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據提供的附圖獲得其他的附圖。
[0024]圖1為平板壓接型功率器件的結構示意圖；
[0025]圖2為平板壓接型功率器件的結構示意圖；
[0026]圖3為本申請實施例提供的一種功率器件的一結構示意圖；
[0027]圖4為本申請實施例提供的一種功率器件中短路結構的一結構示意圖；
[0028]圖5為本申請實施例提供的一種功率器件中短路結構的另一結構示意圖；
[0029]圖6為本申請實施例提供的一種功率器件的另一結構示意圖；
[0030]圖7為本申請實施例提供的一種功率器件中電極上短路結構的一排布示意圖；
[0031]圖8為本申請實施例提供的一種功率器件中電極上短路結構的另一排布示意圖。
【具體實施方式】
[0032]下面將結合本發明實施例中的附圖，對本發明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發明一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本發明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本發明保護的範圍。
[0033]如圖3所示，為本申請實施例提供的一種功率器件的一結構示意圖，該功率器件包括:晶片301、鑰片302、電極303、陶瓷外殼304和短路結構305。
[0034]其中，該晶片個數為至少一個，本實施例中以5個晶片為例進行說明。
[0035]其中，2個鑰片組成一個鑰片組302，鑰片302設置在電極303和晶片301之間，該鑰片的組數與該晶片的個數一致。
[0036]其中，該電極303包括第一電極和第二電極，個數為兩個，分別設置於該鑰片302外側。
[0037]其中，該陶瓷外殼304分別與所述第一電極和第二電極相連，用於封裝電極303。
[0038]具體的，該第一電極和第二電極形狀一致。
[0039]如圖4所示，為本申請實施例提供的一種功率器件中短路結構的一結構示意圖，所述短路結構包括:金屬彈簧401、套管402和低熔點合金403。
[0040]其中，該金屬彈簧401處於壓縮狀態；
[0041]其中，套管402套設於該金屬彈簧401的外側，用於對金屬彈簧401起保護作用以及固定低熔點合金403的作用；
[0042]其中，低熔點合金403設置於該套管402內，用於將該壓縮狀態的金屬彈簧401封裝於該套管402內。
[0043]其中，該短路結構305設置於兩片電極303之間，該短路結構305的一端與第一電極的靠近第二電極的內側相連，另一端靠近第二電極的內側；
[0044]具體的，短路結構305中的金屬彈簧401處於放鬆狀態時，該金屬彈簧401的兩端分別與兩片電極303的內側接觸。
[0045]需要說明的是，該金屬彈簧401的一端與第一電極相連。
[0046]其中，該短路結構305的另一端與第二電極的距離以在正常工作狀態下不發生放電為準。具體長度可以為大於2_。
[0047]其中，該金屬彈簧401可採用銅質彈簧、鋼製彈簧等。
[0048]具體的,該金屬彈簧401為筒狀,該套管402也為筒狀,該金屬彈簧401與套管402之間具有一定的間距，以使得金屬彈簧401能夠在套管402間自由伸縮，該間距可以為不大於 2mm,即 0_2mm。
[0049]需說明的是，為了節約套管成本，在實際實施中，可將套管長度設置與該金屬彈簧壓縮狀態長度相同。
[0050]當然，在某些特定場景中，該套管還具有將金屬彈簧與外界隔離的功能時，則該套管可以設置較長的長度，套管的兩端分別與電極內側相連。
[0051]其中，該低熔點合金的熔點溫度可以為100°C _350°C。
[0052]具體的，該所述低熔點合金採用鉛錫合金、錫銀合金或錫銀銅合金。
[0053]如圖5所示，為本申請實施例提供的一種功率器件中短路結構的另一結構示意圖，本示意圖中低熔點合金熔融，金屬彈簧處於放鬆狀態，該短路結構305包括:金屬彈簧501、套管502和低熔點合金503。
[0054]其中，該金屬彈簧501、套管502的相對位置未變，該金屬彈簧501還設置在該套管502內部，由於低熔點合金熔融，金屬彈簧501處於放鬆狀態，本申請實施例中，由於金屬彈簧處於壓縮狀態時其長度與套管長度一致，則當金屬彈簧處於放鬆狀態時，其長度大於套管長度。
[0055]具體的，由於該短路結構一端與功率器件中的電極固定連接，則該金屬彈簧501處於放鬆狀態時，一端固定一端增長。
[0056]需要說明的是，該低熔點合金的材料可根據實際情況進行設置，相應的，其熔點溫度也相應變化，不限定於本實施例中的鉛錫合金、錫銀合金或錫銀銅合金三種低熔點合金類型，其熔點溫度也不現定於100°c -350°c。
[0057]其中，該短路結構與第一電極採用可靠的連接方式，具體可以採用螺紋連接、緊配合等連接方式。
[0058]其中，該短路結構的設置位置與晶片位置相鄰。
[0059]具體的，短路結構到所述晶片的最小距離小於5mm。
[0060]實際實施中，當該功率器件正常工作時，功率器件溫度較低，傳遞到該短路結構的溫度低於該低熔點合金的熔點，此時，該低熔點合金處於固定狀態，維持該金屬彈簧的壓縮狀態，該狀態下的結構如圖3和圖4所示。
[0061]而當該功率器件在失效狀態時表現為晶片過流燒毀，此時，功率器件內部由於晶片燒毀而導致功率器件溫度急劇升高，此時傳遞到該短路結構的溫度高於該低熔點合金的熔點，導致低熔點合金熔融，被固態低熔點合金封裝的金屬彈簧從壓縮狀態恢復放鬆狀態，此時，金屬彈簧一端與套管固定在一電極上，另一端伸長，與另一電極接觸，導通兩個電極。
[0062]如圖6所示，為本申請實施例提供的一種功率器件的另一結構示意圖，該功率器件處於失效短路狀態，該功率器件包括:晶片601、鑰片602、第一電極603、第二電極604、陶瓷外殼605和短路結構606。
[0063]其中，晶片、鑰片、電極和陶瓷外殼的結構與圖3中一致，本處不再贅述。
[0064]其中，短路結構606中低熔點合金熔融,金屬彈簧為放鬆狀態,金屬彈簧一端與套管固定在第一電極上，另一端伸長，與第二電極接觸，導通兩個電極，實現了功率器件中的晶片故障導致第一電極和第二電極斷開時，放鬆狀態的金屬彈簧連接兩個電極，保證了第一電極和第二電極之間保持短路連接，該失效的關聯器件表現為短路失效模式。
[0065]需要說明的是，具體實施中，該金屬彈簧的長度選擇標準為:當該金屬彈簧處於放鬆狀態時長度大於第一電極和第二電極之間的距離，以保證當金屬彈簧處於放鬆狀態時，由於金屬彈簧自身的彈力，使得兩個電極之間的連接牢靠。
[0066]需要說明的是，當該短路結構與空間位置上處於上側的第一電極連接時，當低熔點合金在熔融狀態時，在重力的作用下，該熔融狀態的低熔點合金隨著金屬彈簧的形狀流動，覆蓋在該金屬彈簧表面，甚至流動到空間位置上處於下側的第二電極處，由於低熔點合金的導電特性，提升了金屬彈簧的導電能力。
[0067]需要說明的是，設置有該短路結構的功率器件具有工作姿態，當該功率器件處於工作姿態時，該短路結構中的套管開口朝下，具體為垂直向下，而當該功率器件處於非工作狀態放置(水平放置或者倒置)時，例如，該套管開口向上或者水平方向，即使由於外部因素導致該低熔點合金熔融，該短路結構也不能實現短路功能，防止出現錯誤安裝或者保存環境不善導致的短路結構中低熔點合金熔融短路的情況出現。
[0068]具體實施中，為了確保器件失效後短路結構的電流負載能力，可在電極的周圍布置多個短路結構。
[0069]其中，該短路結構是個數與功率器件的工作電流和單個短路結構所能承載的最大電流相關，具體為:
[0070]η 彡 1/10
[0071]其中，η表示短路結構數量，I表示功率器件工作電流，10表示單個短路結構承載的最大電流。
[0072]實際實施中，該短路結構個數至少為2個。
[0073]其中，該短路結構的排布位置與該電極的形狀相關。
[0074]如圖7所示，為本申請實施例提供的一種功率器件中電極上短路結構的一排布示意圖，該示意圖為一俯視圖，其中，包括:電極701和短路結構702。
[0075]本示意圖中，電極701的形狀為規則的圓形，短路結構702均勻分布於該電極701的邊緣位置。
[0076]需要說明是，本示意圖中，該短路結構的個數為6個，相鄰兩個的短路結構與電極圓心連線的夾角為60°。
[0077]需要說明是，功率器件中設置晶片的位置與電極圓心連線的夾角為60°，該短路結構設置於與晶片相鄰的位置。
[0078]如圖8所示，為本申請實施例提供的一種功率器件中電極上短路結構的另一排布不意圖，該不意圖為一俯視圖，包括:電極801和短路結構802。
[0079]本示意圖中，電極801形狀為規則的四邊形，短路結構802均勻分布於該電極801的四個角。
[0080]需要說明是，本示意圖中，該短路結構的個數為4個，該短路結構設置於與晶片相鄰的位置。
[0081]當然實際實施中，當該晶片的設置位置為電極的邊的邊緣位置時，該短路結構設置於與該晶片相鄰的邊的邊緣位置。
[0082]由上述可知，本發明提供了一種功率器件，包括:至少一個晶片、分別設置於所述晶片兩側的第一電極和第二電極、分別設置與所述晶片和所述第一電極和第二電極之間的至少一組鑰片組、陶瓷外殼和短路結構；其中，短路結構包括:壓縮狀態的金屬彈簧、套設於所述金屬彈簧外側的套管和將所述金屬彈簧封裝於所述套管內的低熔點合金；其中，所述短路結構設置於所述第一電極和第二電極之間，所述短路結構的一端與第電極的靠近第二電極的內側相連，另一端靠近所述第二電極的內側；所述短路結構中的金屬彈簧處於放鬆狀態時，所述金屬彈簧的兩端分別與所述第一電極和第二電極的內側接觸。採用該短路結構，在該功率器件短路發散熱量時，該封裝金屬彈簧的低熔點合金熔融，金屬彈簧有壓縮狀態恢復放鬆狀態，連接兩片電極，使得該功率器件失效時，兩片電極之間仍然具有連接導通結構，保證了該功率器件表現為短路失效模式，並且由於金屬彈簧自身的彈力，使得兩個電極之間的連接牢靠。採用該實現短路結構，無需對功率器件外接複雜的旁路晶閘管的結構，功率器件整體結構簡單，易於實現，便於推廣。
[0083]以上所述僅是本申請的優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本申請原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本申請的保護範圍。
【權利要求】
1.一種功率器件，其特徵在於，包括:至少一個晶片、分別設置於所述晶片兩側的第一電極和第二電極、分別設置與所述晶片和所述第一電極和第二電極之間的至少一組鑰片組、封裝所述第一電極和第二電極的陶瓷外殼和短路結構； 所述短路結構包括:壓縮狀態的金屬彈簧、套設於所述金屬彈簧外側的套管和將所述金屬彈簧封裝於所述套管內的低熔點合金； 其中，所述短路結構設置於所述第一電極和第二電極之間，所述短路結構的一端與第一電極的靠近第二電極的內側相連，另一端靠近第二電極的內側； 所述短路結構中的金屬彈簧處於放鬆狀態時，所述金屬彈簧的兩端分別與所述第一電極和第二電極的內側接觸。
2.根據權利要求1所述的功率器件，其特徵在於，所述金屬彈簧為筒狀。
3.根據權利要求1所述的功率器件，其特徵在於，所述套管為筒狀。
4.根據權利要求1-3任一項所述的功率器件，其特徵在於，所述金屬彈簧與所述套管的間距為0_2mm。
5.根據權利要求1所述的功率器件，其特徵在於，所述低熔點合金的熔點溫度為100C -350。。。
6.根據權利要求1所述的功率器件，其特徵在於，所述低熔點合金採用鉛錫合金、錫銀合金或錫銀銅合金。
7.根據權利要求1所述的功率器件，其特徵在於，所述短路結構與所述電極採用螺紋連接。
8.根據權利要求1所述的功率器件，其特徵在於，所述短路結構的設置位置與所述晶片位置相鄰，所述短路結構到所述晶片的最小距離小於5_。
9.根據權利要求1所述的功率器件，其特徵在於，所述短路結構個數至少為2個。
10.根據權利要求8所述的功率器件，其特徵在於，所述短路結構的排布位置與所述第一電極和第二電極的形狀相關。
【文檔編號】H01L23/488GK104269392SQ201410537512
【公開日】2015年1月7日 申請日期:2014年10月13日 優先權日:2014年10月13日
【發明者】李繼魯, 竇澤春, 肖紅秀, 方傑, 常桂欽, 劉國友, 彭勇殿 申請人:株洲南車時代電氣股份有限公司