大功率交流固體繼電器的製作方法
2023-07-15 05:32:01 2
專利名稱：大功率交流固體繼電器的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種能夠在工業環境中應用的大功率交流固體繼電器。
固體繼電器以其無觸點、無火花、壽命長、可靠性高等優點已廣泛應用於電子、信息、交通、礦山機械、紡織、石油化工、舞檯燈光等自動化控制領域。
傳統的固體繼電器主要以成管塑封雙向可控矽或成管塑封單向可控矽反並聯兩種結構作為輸出功率器件。塑封雙向可控矽受其製造工藝及本身結構的限制，通態電流一般小於等於41A，正反向重複峰值電壓小於1000V，且管腿引線截面小(一般不大於1平方毫米)，限制了輸出電流大於40A情況下的使用。塑封單向可控矽反並聯解決了正反向重複峰值電壓問題(一般為1300V-1600V)，輸出電流能力有所提高，但很難超過100A。
隨著各種新材料、新工藝的問世，固體繼電器的性能、工藝也在不斷的改善。如近幾年出現的DCB(Direct Copper Bonded)銅瓷鍵合技術，參閱圖1所示，是將矽晶片3直接焊在DCB基板2上，作為大功率繼電器發展的方向，已備受生產廠家及用戶的青睞。通過摸索實踐，這種結構在實際生產中也暴露了一些缺點1晶片熱耗散不均，製作工藝不穩定，尤其是10mm×10mm以上的晶片，滿負荷通電時合格率低。
2不易實現兩隻晶片性能匹配，影響固體繼電器參數的一致性。
本實用新型的目的在於提供一種熱導率高，散熱快，熱疲勞性能優良，易於晶片性能匹配，能夠用於工業環境的大功率交流固體繼電器。
本實用新型的目的是通過如下技術方案來實現的一種大功率交流固體繼電器，包括外殼、底板、由光電耦合器構成的輸入電極、採用兩個可控矽晶片和兩組內部電極及L型輸出電極組成兩個反向並聯的可控矽電路結構的功率輸出級、功率輸出極的矽晶片通過L型輸出電極直接與六角螺栓接線端相連，其特徵在於兩個可控矽晶片上下面燒焊有複合金屬材料，且下面複合金屬材料燒焊在銅—瓷基板上，內部電極與基板和可控矽晶片上面複合金屬材料相接。外殼可以呈長型或方型結構。底板設置於方型外殼結構的基板下面。
本實用新型採用與晶片熱膨脹係數相近且熱導率高的新型複合金屬材料直接燒焊在晶片的陰、陽電極上，燒焊後可直接測試、篩選，易於實現兩隻晶片性能匹配，提高固體繼電器參數的一致性，提高產品合格率。再將上述燒焊有複合金屬材料的晶片燒焊到銅瓷DCB基板上，便於可控矽晶片儘快散熱，減少熱集中，降低熱阻，起到保護晶片的作用，提高晶片大電流下的功耗散熱和熱疲勞次數。本實用新型結構簡單易於製作，輸出電流大，正反向重複峰值電壓高，在惡劣的工業環境下運行可靠。
圖1為現有固態繼電器結構示意圖的剖視圖；圖2為本實用新型結構示意圖的剖視圖；圖3為本實用新型結構示意圖的俯視圖；圖4為本實用新型方型外殼結構示意圖的俯視圖；圖5為本實用新型的電路結構原理圖。
以下結合附圖及較佳實施例對本實用新型作進一步說明參閱圖2、圖3所示，大功率交流固體繼電器主要是由輸入電極1、銅—瓷直接鍵合(DCB)基板2、複合金屬材料3、可控矽晶片4、內部電極5、環氧樹脂6、輸出電極7、外殼8、底板9等構成的。其外殼8可以採用長條型結構，使體積明顯減小。由光電耦合器構成輸入電極1，採用兩個可控矽晶片4和兩組跨接片組成的內部電極5及兩個L型輸出電極7組成兩個反向並聯的可控矽電路結構構成其功率輸出級，且功率輸出級的矽晶片4通過L型輸出電極7直接與六角螺栓接線端相連，這樣電極可以直接引出而不經其它焊接結構連接，使得結構簡捷，又克服了原來的錫焊多種弊病，有利於通態電流的加大、採用六角螺栓可使連接更加可靠。本實用新型的不同之處在於兩個可控矽晶片4上下面均燒焊有保護矽晶片4的新型複合金屬材料3，其熱膨脹係數與矽晶片4相近，由於新型複合金屬材料3熱導率高，散熱快，可減少矽晶片4上的熱集中，有利於降低產品的熱阻，提高熱疲勞次數。該複合金屬材料3與可控矽晶片4燒焊成一體，形成陰、陽電極，可直接測試、篩選，在性能上進行兩隻晶片匹配使用，篩選匹配合適後再燒焊在銅—瓷DCB基板2上，可避免熱匹配不佳和工藝不穩定等因素造成滿負荷通電時合格率低，成本高的弊病。兩個內部電極5一端與銅—瓷直接鍵合基板(DCB)2相接，另一端與可控矽晶片4上面的複合金屬材料3相接，形成兩組內部電極。兩個L型電極直接燒焊在銅—瓷DCB基板2上形成輸出電極7，上述兩個燒焊有複合金屬材料的可控矽晶片4和兩組內部電極和輸出電極及前述光電耦合器構成的輸入電極1組成兩個反向並聯的可控矽電路結構的功率輸出級，輸出電流大，正反向重複峰值電壓高，熱疲勞性能優良。圖中的虛線部分是充填的環氧樹脂6，其中焊接有其它電子元器件。
參閱圖4所示，本實用新型的外殼8也可以製作成方型結構，考慮到銅—瓷基板(DCB)2很薄，當需要設計成方型結構時，一般需在基板2下面再加裝銅底板9，以增加強度。
參閱圖5所示，本實用新型的電路輸入電極1仍採用光電耦合器，只是用兩個器件U2、U3相串聯，以提高其耐壓性。功率輸出級則採用與矽熱膨脹係數相近且熱導率高的新型複合金屬材料直接燒焊在兩個矽晶片T2、T3的陰、陽極上，且反向並聯的結構，以改善該矽晶片的散熱條件，利於增大通態電流。
權利要求1.一種大功率交流固體繼電器，包括外殼、底板、由光電耦合器構成的輸入電極、採用兩個可控矽晶片和兩組內部電極及L型輸出電極組成兩個反向並聯的可控矽電路結構的功率輸出級、功率輸出極的矽晶片通過L型輸出電極直接與六角螺栓接線端相連，其特徵在於兩個可控矽晶片(4)上下面燒焊有複合金屬材料(3)，且下面複合金屬材料(3)燒焊在銅—瓷基板(2)上，內部電極(5)與基板(2)和可控矽晶片(4)上面複合金屬材料(3)相接。
2.根據權利要求1所述的大功率交流固體繼電器，其特徵在於外殼(8)可以呈長型或方型結構。
3.根據權利要求1或2所述的大功率交流固體繼電器，其特徵在於底板(9)設置於方型外殼結構的基板(2)下面。
專利摘要一種大功率交流固體繼電器,包括外殼、底板、由光電耦合器構成的輸入電極、採用兩個可控矽晶片和兩組內部電極及L型輸出電極組成兩個反向並聯的可控矽電路結構的功率輸出級、功率輸出極的矽晶片通過L型輸出電極直接與六角螺栓接線端相連,兩個可控矽晶片上下面燒焊有複合金屬材料,且下面燒焊在銅一瓷基板上,內部電極與基板和可控矽晶片上面複合金屬材料相接。實現兩隻矽晶片性能匹配,利於固體繼電器性能參數的一致性,提高產品合格率。
文檔編號H03K17/72GK2403178SQ0020099
公開日2000年10月25日 申請日期2000年1月21日 優先權日2000年1月21日
發明者劉玉蘭, 于洋, 王豔華 申請人:北京市科通電子繼電器總廠