片式晶閘管和片式電晶體及其應用技術的製作方法

2023-05-29 13:44:21 5

專利名稱：片式晶閘管和片式電晶體及其應用技術的製作方法
技術領域：
本發明是在"斷流開關"發明專利(專利號ZL01134456. 3)的基礎上，對其權利要 求2中"如權利要求1所述的斷流開關，其特徵是所述的微型開關裝置，是用晶閘管的晶片 和微型控制電路裝配的電子式斷流器……"，根據無弧斷流理論和半導體理論，應用新穎的 電力電子技術，研製出片式晶閘管和片式電晶體，以及獨特的應用技術——和電力開關並 聯配套可實現無弧操作。為半導體領域中的晶閘管和電晶體這兩個大家族，各增加了一個 派生的分支體系。為電力開關領域中的無電弧分合閘的高分斷技術和安全防爆技術，以及 消除操作過電壓對電網嚴重汙染的環保技術和消除電弧電波汙染空間電磁場的環保技術， 對顯著提高供電質量和電力開關的使用壽命以及開關觸頭節約大量貴金屬材料的技術，均 提供了不斷創新的技術條件。
2.
背景技術：
從20世紀50年代到現在，電力電子器件的發展經歷了四個階段第一階段是整 流器時代，第二階段是晶閘管時代，第三階段是IGBT和MOSFET時代，第四階段是POWER IC 時代。這四個階段的發展不是新一代器件取代舊一代器件，而是在每一個階段，各類電力電 子器件都有所新的發展。近些年來又出現了片式半導體器件，片式晶閘管和片式電晶體是 在晶閘管和電晶體這兩個大家族的基礎上研製的一類新型的薄片式電力電子器件，也可稱 其為半導體基片。其體積和重量在同等容量的條件下，可減少數倍甚至十多倍，成本也能 成倍減少；比起片式二極體和片式三極體，在電壓等級和電流容量方面能提高一、兩個數量 級。但片式晶閘管和片式電晶體不能獨立投入運行，需要和各類電力開關並聯配套，由於其 體積和重量的顯著減少，可以安裝在現有的標準配電櫃中，不需要非標專用配電櫃，可以節
約較大的安裝位置和安裝成本。由於電力電子器件的耐壓特性和過載能力都很差，特別是 這種片式器件的熱容量小、散熱能力很差，只能在很短的時間內瞬間導通電流後，需要較長 時間的間歇。例如每次通電時間不超過10毫秒，需要間歇1. 5秒——3秒或更長的時間， 間歇比達到150倍——300倍以上，不能產生熱積累就不會造成熱擊穿。所以片式晶閘管 和片式電晶體的應用技術比較獨特，這是本發明需要特別強調的一項防止熱擊穿而損壞的 應用技術。片式晶閘管和片式電晶體的顯著優點是和電力開關並聯配套運行不消耗電能， 並可以無電弧的分、合電路。 現有的各種有觸點的電力開關，在其分、合閘的操作過程中都會發生電弧，電弧可 以產生操作過電壓，是原供電系統的1——3倍，嚴重地汙染了電力系統的電壓波形和供電 質量。這種過電壓對該供電系統中的供、用電裝置的絕緣壽命，造成了較大的危害；嚴重時 可造成突發性的停電事故，事故狀態下的供電中斷會造成電能的大量浪費。另外，電弧可 產生高次諧波的電磁發射，對空間電磁場造成了較大汙染，幹擾了無線電遙控信號和無線 電通訊電波。還有一個方面，就是電弧在易燃易爆的化工場所，或煤礦井下容易弓I發爆炸事
故。現有的各種有觸點的電力開關，其分、合閘的固有動作時間本身都很短，從io多個毫秒
到幾十個毫秒；特別是動靜觸頭的閉合瞬間和分離瞬間，其時間就更短了，在幾個毫秒之內就能完成可靠地閉合或分離。將片式晶閘管或片式電晶體器件和電力開關裝置巧妙的並聯 配套，充分發揮了晶閘管和電晶體無觸點分合電路而不產生電弧的突出優點，以及電力開 關運行時不耗電的顯著優點。克服了晶閘管或電晶體運行時的消耗電能的缺點，以及電力 開關分、合閘時形成電弧而產生操作過電壓和高頻電磁波的缺點。而且這種應用技術，也不 會引起晶閘管和電晶體產生換相過電壓的情況發生。其環境保護的功效，安全防爆的功效 和節約電能的功效是顯而易見的。
3.

發明內容
3. 1.片式晶閘管和片式電晶體的研製技術
3. 1. 1.片式晶閘管和片式電晶體的核心部件 (1).在各種類型晶閘管或電晶體的製造過程中，從單晶矽片經過一系列的工藝流 程，先製成管芯後，再封裝到管殼中，才能制出成品。在這裡我們把未封裝前的管芯，這種半 成品稱作為晶閘管晶片或電晶體晶片。 (2).將單晶矽片經過清洗、處理、擴散形成P1-N1-P2、拋光、氧化、光刻、再擴散形 成P1-N1-P2-N2、合金形成陰極陽極和門極的歐姆接觸(不用燒結到鉬片上)、磨角、腐蝕、 塗表面保護層和測特性等一系列的工藝流程後，製成了具備晶閘管特性的矽片。在這裡我 們把這種半成品的矽片稱作為晶閘管矽片。上述的這種晶閘管晶片和晶閘管矽片，如果 其後序工藝流程是按可焊接性工藝處理的，則稱其為焊接型晶閘管晶片和焊接性晶閘管矽 片；如果其後序工藝流程是按可壓接型工藝處理的，則稱其為壓接型晶閘管晶片和壓接型 晶閘管矽片。我們可以用這兩種半成品，晶閘管晶片或者晶閘管矽片來製造片式晶閘管；需 要哪個類型的片式晶閘管，就採用那個類型的晶閘管晶片或者晶閘管矽片來製造該類型的 片式晶閘管。 (3).同樣，將單晶矽片經過一系列的工藝流程處理後，製成了具備GTR或IGBT或 MOSFET等不同類型的電晶體特性的矽片。在這裡我們把這種半成品的矽片稱作為電晶體矽 片。上述的這種電晶體晶片和電晶體矽片，如果其後序工藝流程是按可焊接型工藝處理的， 則稱其為焊接型電晶體晶片和焊接型電晶體矽片，如果其後序工藝流程是按可壓接性工藝 處理的，則稱其為壓接型電晶體晶片和壓接型電晶體矽片。我們可以用這兩種半成品，晶 體管晶片或者電晶體矽片來製造片式電晶體；需要哪個類型的片式電晶體，就採用那個類 型的電晶體晶片或者電晶體矽片來製造該類型的片式電晶體。其製作方法可以分為兩種類 型，對於焊接型的晶片和矽片，就得採用焊接技術製造；對於壓接型的晶片或矽片，就得採 用壓接技術製造。 3. 1. 2.用晶閘管晶片或電晶體晶片研製片式晶閘管或片式電晶體的技術 3. 1. 2. 1.用焊接型晶閘管晶片或電晶體晶片焊接片式晶閘管或片式電晶體的技
術 (1).採用焊接的方法有兩種， 一種是一步焊接法， 一種是分步焊接法。這裡先介紹 分兩步的焊接法，然後再介紹一步焊接法。將焊接型晶閘管晶片的陰極和陽極或者焊接型 電晶體晶片的源極和漏極(或發射極和集電極)的兩個極面分別焊接在兩塊銅板的相互對 應的焊接面位置上，兩塊銅板超過極面的延長部分可同時作為其陰極和陽極或者源極和漏 極(或發射極和集電極)的引出接線端。在銅板的對應焊接晶片極面的位置處可以考慮是否預先壓製出用作焊接的細槽花紋，可以吸附較多的融化焊料，以增強焊接效果。在對應陰 極面的銅板上還要預留門極孔或柵極(或基極)？L以便焊接引出控制極接線。現在分兩 步焊接。先將一塊銅板放在下邊，在其上面放置晶片，在晶片和銅板的對應位置之間的預製 細槽花紋上，放入熔點較高的適量焊料。同時將用作控制極引線的耐高溫的絕緣導線的線 頭，固定在晶片門極或柵極(或基極)的中心點，並放入適量的焊料。要注意其熔點溫度必 須低於該晶片原來製造時的焊接溫度，約低幾十度。將其工裝固定好後放入焊接爐中，調節 爐溫達到焊料熔化並焊接牢固後取出。再將另一塊銅板放在下邊，將已焊上晶片的銅板翻 過來，使其晶片對準下面銅板的預製細槽花紋上，放入另一種熔點較低的適量焊料，其熔點 比上次的焊料約低幾十度。再將其工裝固定好後放入焊接爐中，調節爐溫達到焊料熔化並 焊接牢固後取出。關於門極或柵極(或基極)引線的焊接，既可以在第一步焊接陰極或源 極(或發射極)的極面和銅板時，將門極或柵極(或基極)引線同時焊接引出，也可以在第 二步焊接陰極或源極(或發射極)的極面和銅板時同時焊接。還可以在兩步焊接之前或完 成之後，將門極或柵極(或基極)引線焊接引出。何時操作方便，還能保證焊接質量，就在 何時焊接門極或柵極(或基極)引線。另外，還要在兩個銅板適當位置處，分別焊上一根絕 緣導線，作為其檢測信號和觸發控制導線，注意上述操作，均不能使陰極、陽極和門極或者 源極、漏極和柵極(或發射極、集電極和基極)出現短路點。最後將這三個極面之間的間隙 清潔處理乾淨，並灌入單組份或雙組份絕緣膠作為保護層封裝待用。 (2). —步焊接法是在上下兩塊預製好的銅板之間放入晶片，並在銅板和晶片相對 應的焊接面上預製的焊接細槽花紋處，上下焊接面均放入同一熔點的適量焊料。當然其熔 點必須低於該晶片原來製造時的焊接溫度，約低幾十度。將其工裝固定好後放入焊接爐中， 按上述方法可一次性的焊接成功，最後再按上述方法灌入單組份或雙組份絕緣膠封裝待 用。 一步焊接法的關鍵是要精確掌握焊料的適量放入及其放入的準確位置。當然在一次焊 接的同時，或者之前或之後也要將門極或柵極(或基極)的絕緣導線焊接引出，還有要在銅 板上各焊一根絕緣導線，作為其檢測信號和觸發控制導線。 (3).多步焊接法的可行性是焊料的種類。要按其熔點分類，每種焊料的熔點必須 相差幾十度，有幾種熔點的焊料，就有幾步焊接法。這樣在焊接爐中才能實現分步操作，每 次降低爐溫幾十度，調整控制焊接質量。而且第一步焊接時用的焊料熔點還必須低於所用 晶片原製作工藝的焊接溫度約幾十度。
(4).晶片並聯方式焊接法，將幾個相同參數的焊接型晶閘管晶片或電晶體晶片採
用並聯的方式，按照上述方法可以進行焊接。注意在銅板上對應的每個晶片的焊接位置可
考慮是否預製焊接細槽花紋，而且在銅板上對應的每個晶片的門極或柵極(或基極)處也
要預留門極孔或柵極(或基極)？L以便在門極或柵極(或基極)焊接引出控制絕緣導線。
當然在晶片的每個焊接處，都必須準確地放入適量的焊料，全部工裝固定好後才能送入焊
接爐。並聯焊接法可以有效提高片式晶閘管或片式電晶體的電流容量。 將兩個相同的普通晶閘管晶片或電晶體晶片反並聯，或者將一個普通晶閘管晶片
或電晶體晶片和一個普通整流管晶片反並聯，按照上述的焊接可以分別製成一個雙向片式
晶閘管或雙向片式電晶體和逆導片式晶閘管或逆導片式電晶體。當然也可以採用多個普通
晶閘管晶片或電晶體晶片進行等數量的反並聯，焊接成大容量的雙向片式晶閘管或雙向片
式電晶體。同樣可以用多個普通晶閘管晶片或電晶體晶片和等數量的普通整流管晶片，採用反並聯方式，也能焊接成大容量的逆導片式晶閘管或逆導片式電晶體。上述並聯焊接法， 在選用相同參數的晶閘管晶片或電晶體晶片時，要注意晶片並聯均流特性的要求，儘量做 到相關參數的一致性。 (5).晶片串聯方式焊接法。將幾個相同參數的晶片採用串聯的方式，按照上述焊 接方法可以進行焊接。所不同的是，除了兩頭端部都有接線銅板外，在每兩個晶片之間需加 入一個與晶片極面相同的銅板。該銅板的厚度約2毫米左右，比焊接門極或柵極(或基極) 用的耐高溫絕緣導線外徑稍粗一點。在該銅板對應門極或柵極(或基極)位置要預留門極 孔或柵極(或基極)？L並從此孔向側邊開通一個能使門極或柵極(或基極)絕緣導線引 出的通道。其焊接可採用一步焊接法或兩步焊接法。採取一步焊接法時，先把每個晶片的 門極或柵極(或基極)焊上絕緣導線，從門極孔或柵極(或基極)孔的通道把絕緣導線引 出後，將上下兩頭端部銅接線板和中間每兩個晶片之間的銅板，所有對應晶片極面的焊接 位置均要上下對準，並在每個焊面處準確放入適量焊料，然後再工裝固定好後，才能送入焊 接爐完成一步焊接。採用兩步焊接容易操作，先把每個晶片的陽極或漏極(或集電極)與 銅板進行第一次焊接後，再把該晶片的門極或柵極(或基極)用絕緣導線焊接引出，並將其 間隙清潔處理乾淨，最後將第一次焊接好的銅板的晶片陰極或源極(或發射極)對準另一 個銅板的焊接位置，並從門極孔的通道中引出絕緣導線，同時準確放入適量焊料，再工裝固 定好後送入焊接爐進行第二次焊接即可。當然第二次焊接的熔點要比第一次用的焊接熔點 低幾十度。晶閘管晶片或電晶體晶片串聯焊接法所採用的門極或柵極(或基極)絕緣導線 必須是耐高溫的絕緣導線，經過進爐焊接時的高溫處理後，其絕緣性能不受影響，而且門極 或柵極(或基極)焊接絕緣導線的焊點也不能脫焊。當然在一步焊接或兩步焊接時，也可 將絕緣引線的銅線頭同時固定在門極或柵極(或基極)的中心點位置，並加入適當焊料，與 陰極面或源極面的焊接同步完成。 3. 1. 2. 2.用壓接型晶閘管晶片或壓接型電晶體晶片壓接片式晶閘管或片式晶體 管的技術 (1).採用壓接的方法，用兩個銅接線板作為晶片兩個面的極板，將壓接型晶閘管 晶片或壓接型電晶體晶片夾在中間，在陽極面或漏極面的銅板外側需墊上一塊絕緣板，在 絕緣板外側對應晶片的位置處放一個合適的蝶簧，再在其外側加上一塊有一定強度的薄鋼 板，在陰極面或源極(或發射極)面的銅板外側也需墊上一塊同樣的鋼板。在兩塊鋼板對 應晶片周圍四邊的外角處預留螺絲孔，用四個螺絲採取絕緣的措施穿孔聯接壓緊。當然在 陰極面側的銅板和鋼板的對應晶片門極或柵極(或基極)的位置要預留門極孔或柵極(或 基極)？L以便門極或柵極(或基極)的引線引出。需要時，也可以考慮在晶片和銅板之 間加入相應的軟質金屬薄片，如鋁或銀或其它軟金屬的薄片，以增強表面接觸良好，當然該 薄片的面積要和晶片的大小一致，也得預留門極孔或柵極(或基極)？L。注意，門極、陰極 和陽極或柵極、源極和漏極(或基極、發射極和集電極)均不能短路，而且緊固螺絲的壓力 大小一定要合適，與製造同等晶閘管模塊或同等電晶體模塊的緊固力相同，既要保證其壓 力能使銅板和晶片平面均能接觸良好，又不能將晶片壓壞。接下來在緊固好的兩個銅板的 適當位置上，分別焊上一根絕緣導線，作為檢測信號和觸發控制導線。同時在晶片的門極 或柵極(或基極)處，將絕緣導線焊接引出。也可在壓接前或壓接後將門極或柵極(或基 極)用鍵合機焊接絕緣導線引出，最後將陰極、陽極和門極之間或源極、漏極和柵極(或發射極、集電極和基極)之間的間隙清潔處理乾淨，注意不能短路，並灌入單組份或雙組份絕 緣膠作為保護層封裝待用。另外，在壓接工藝過程中，如果絕緣板和銅板的壓接強度能能夠 滿足壓接要求，而且碟簧片上有螺絲穿孔，可以考慮是否不用薄鋼板。 (2).採用兩個可壓接型晶閘管晶片或電晶體晶片並聯或反並聯壓接時，在每個芯 片外側對應的絕緣板和鋼板之間的位置上，放置一個合適的蝶形彈簧，還需要在兩個晶片 的中間位置的兩邊適當的位置處，增加兩個緊固螺絲，以保證每個晶片的平面均能受力均 勻。同樣如果用多個晶片並聯或反並聯壓接時，需增相應數量的緊固螺絲。採用多個晶閘 管晶片或電晶體晶片並聯壓接可以有效地增大電流容量，在選擇多個並聯晶片時，要考慮 到儘量做到並聯均流時對各晶片有關參數的一致性要求。進行壓接時，在每個晶片陰極面 或源極面外側對應的絕緣板和銅板之間的位置上，要放置一個蝶形彈簧，以保證每個晶片 的平面能受力均勻。最後將所有的陰極、陽極和門極之間或源極、漏極和柵極(或發射極、 集電極和基極)之間的間隙清潔處理乾淨，注意不能短路，並灌入單組份或雙組份絕緣膠 作為保護層封裝待用。注意在絕緣板和鋼板之間的蝶簧處不能灌入絕緣膠。當然在門極或 柵極(或基極)上，也要用鍵合機焊接絕緣導線引出；在兩個銅板的適當位置，也要分別焊 上一根絕緣導線。 (3).為了提高片式晶閘管的電壓等級，可採用兩個或多個相同參數的晶閘管晶片 或電晶體晶片串聯壓接。選擇晶片時，要求串聯均壓的有關參數的一致性要好。壓接時在 兩個晶片之間要增加一塊與晶片兩個極面大小一致的銅板，銅板的厚度約2毫米左右，比 門極或柵極(或基極)的引出絕緣導線略粗一點。在銅板對應晶片門極或柵極(或基極) 的位置預留門極孔或柵極(或基極)？L並從該孔到銅板的一個側面開通一道槽，以便壓接 前將門極或柵極(或基極)用絕緣導線鍵合引出。需要時也可以是否在銅板和每個晶片的 極面之間加入相應的軟質金屬薄片，以增強表面接觸良好。最後將所有的陰極、陽極和門極 之間或源極、漏極和柵極(或發射極、集電極和基極)之間的間隙清潔處理乾淨，注意不能 短路，並灌入單組份或雙組份絕緣膠作為保護層封裝待用。注意，在絕緣板和鋼板之間的蝶 簧處不能灌入絕緣膠。當然，也要在每個銅板的適當位置分別焊上一根絕緣導線。
(4).也可以採用已經焊接好的兩個或多個相同參數的片式晶閘管或片式電晶體， 按上述方法進行串聯壓接，以提高其電壓等級。對於採用串聯方式製造的片式晶閘管，在裝 配使用過程中，按照需要可考慮增加相應的均壓措施。 3. 1. 3.用晶閘管矽片或電晶體矽片研製片式晶閘管或片式電晶體的技術 3. 1. 3. 1.用焊接型晶閘管矽片或焊接型電晶體矽片焊接片式晶閘管或片式晶體
管的技術 焊接的具體方法基本和用焊接型晶閘管晶片或焊接型電晶體晶片的焊接方法相 同。如果考慮矽片太薄，焊接操作困難，可在兩塊銅板的焊接面上預製突出一定高度的凸 面，且該凸面的平面要和三個極面的大小完全相同，並可考慮是否在凸面上壓制細槽花紋， 以便吸附較多焊液，增強焊接效果。其他操作程序以及並聯方式和串聯方式的焊接方法均 同前所述。注意三個極面之間均不能短路。 3. 1. 3. 2.用壓接型晶閘管矽片或壓接型電晶體矽片壓接片式晶閘管或片式晶體 管的技術 用壓接型晶閘管矽片或壓接型電晶體矽片進行壓接，其壓接的具體方法基本和用壓接型電晶體晶片或壓接型電晶體晶片的壓接方法相同。如果考慮矽片太薄，壓接操作困 難，可在三個極的極面上，增加和極面面積相同的薄銅片或薄銀片或薄鋁片。如果需要時， 也可在極面上加入薄鉬片。門極或柵極(或基極)需要用鍵合機將絕緣導線焊接引出。其 它操作程序以及並聯方式和串聯方式的壓接方法均同前所述。注意三個極面之間均不能短 路。 3. 1. 4.簡述幾種常用的片式晶閘管和片式電晶體的製造技術
3. 1. 4. 1.逆導片式晶閘管和逆導片式電晶體的製造 (1).採用一個逆導晶閘管晶片或矽片，或者一個逆導電晶體晶片或矽片，都可按 照前邊描述的焊接法和壓接法，製成一個逆導片式晶閘管或逆導片式電晶體。如果要增大 電流容量，可採用並聯方式製造，如果要提高電壓等級，可採用串聯方式製造。這種片式半 導體器件能夠和交流電力開關配套應用。 (2).採用一個普通晶閘管晶片或電晶體晶片和一個普通整流管晶片反並聯，或者 採用一個普通晶閘管矽片或電晶體矽片和一個普通整流管矽片反並聯，按照前邊描述的焊 接法和壓接法，也可以製成一個逆導片式晶閘管或逆導片式電晶體。同樣，要增大電流容量 和提高電壓等級，可採用並聯和串聯方式解決。採用這種方法製造的逆導片式晶閘管或逆 導片式電晶體，要比前的特性好、性能穩定。這種片式半導體器件能夠和交流電力開關配套 應用。 3. 1. 4. 2.雙向片式晶閘管和雙向片式電晶體的製造 (1).採用一個雙向晶閘管晶片或矽片，或者一個雙向電晶體晶片或矽片，都可按 照前邊描述的焊接法或壓接法，製成一個雙向片式晶閘管或雙向片式電晶體。其增大電流 容量和提高電壓等級的方法，可採用並聯方式和串聯方式解決。這種片式半導體器件能夠 和交流電力開關配套應用。 (2).採用兩個普通晶閘管晶片或矽片反並聯，或者電晶體晶片或矽片反並聯，按 照前邊描述的焊接法或壓接法，也可以製成一個雙向片式晶閘管或雙向片式電晶體。其增 大電流容量和提高電壓等級的方法同上。採用這種方法製造的雙向片式晶閘管或雙向片式 電晶體，要比前一種的特性好、性能穩定。這種片式半導體器件能夠和交流電力開關配套應 用。 3. 1. 4. 3.可關斷的片式晶閘管或可關斷的片式電晶體的製造 (1).採用一個GT0或GTR或M0SFET或IGBT的晶片或者矽片，都可按照前邊描述
的焊接法和壓接法，製成一個可關斷的片式晶閘管或可關斷片式電晶體。其增大電流容量
和提高電壓等級的方法，也可以按照前邊的辦法解決。這種片式半導體器件能夠和直流電
力開關配套應用。 (2).採用晶閘管晶片或矽片和電晶體晶片或矽片，可考慮是否增加整流管晶片或 矽片，加上需要的電阻、電容等電子器件，也可以製成能夠輔助關斷的片式晶閘管或輔助關 斷的片式電晶體。這種方法可參照後邊的一個實施例。這種片式半導體器件能夠和直流電 力開關配套應用。 3.2.片式晶閘管和片式電晶體的應用技術
3. 2. 1.片式晶閘管和片式電晶體的特性 片式晶閘管和片式電晶體的熱容量小，散熱能力很差，不能有熱積累。而片式晶閘管的浪湧電流較大，可以達到其額定值的13——19倍，片式電晶體的浪湧電流也較大，但 應用時絕不能達到或接近浪湧值，必須留有足夠的容量，以保證不會被熱擊穿。每次浪湧電 流通過的時間不能超過10ms，而且其不導通和導通時間的間歇比，分別可設計為150、300、 600U200等等，按其額定電流從小到大增大間歇比。在特殊情況下，浪湧電流超過10ms而 不能關斷時，例如，短路狀態下，交流電流往往不會在10ms時自然過零關斷。此時需要採取 強迫過零關斷的措施，或者採取限制短路電流的措施，可以有效減小短路電流的數值，要保 證片式晶閘管或片式電晶體不會被熱擊穿。具體措施在後面進行描述。
3. 2. 2片式晶閘管和片式電晶體的應用範圍 根據片式晶閘管和片式電晶體的上述特點，其應用範圍受到了嚴格的限制，不能 長時間導通電流，只能間歇性的瞬間通電。所以片式晶閘管和片式電晶體不能獨立投入電 路使用，只能將片式晶閘管或片式電晶體和現有的各種電力開關主迴路並聯配套使用。在 電力開關進行分合閘的瞬間，把開關觸頭上的電流及時轉移到片式晶閘管和片式電晶體回 路中去，使開關觸頭無電流閉合或分離後，片式晶閘管或片式電晶體再及時在電流過零時 關斷，即能實現電力開關進行無電弧分合閘。要使開關觸頭無電弧的閉合或分離，其動靜觸 頭的閉合或分離的瞬間大約需要10ms以內，甚至1ms左右的時間，對於高電壓等級的電力 開關，在其動靜觸頭的間隙發生電擊穿的時間極短，可以採取相應的延時電擊穿的措施，同 樣可在極短的時間內做到無弧分合閘操作。而延時電擊穿措施有以下多種方法將動靜觸 頭的間隙中的空氣介質可換成絕緣油介質或SF6介質或CC14介質或其他性能更好的介質， 或採用真空介質。也可採用各種流體介質在分合閘的瞬間高速噴吹動靜觸頭間隙的方法， 可有效延時電擊穿，從而達到無弧分合閘的操作。 各種電力開關隨著電壓等級，電流容量，負載特性等等各種不同的要求，其開關種 類繁多，僅從簡單的電壓等級來說就有交流的，直流的，從低壓，中壓，高壓到超高壓，特高 壓等。那麼，片式晶閘管或片式電晶體與各種電力開關配套應用時，其選配方法也是多種多 樣的。可以大體分為兩大類，一類是片式晶閘管或片式電晶體和接觸器以及負荷開關的選 配應用，另一類是片式晶閘管或片式電晶體和斷路器的選配使用。具體方法將在下一節進 行描述。 3. 2. 3.片式晶閘管或片式電晶體和電力開關配套應用的選配方法
3. 2. 3. 1按照電壓等級和電流容量的選配原則 (1).由於半導體器件過電壓的能力很差，而應用電力開關的供電系統往往會發生 過電壓現象，這種過電壓最高可達額定電壓的峰值的3倍。所以片式晶閘管或片式電晶體 的額定電壓要按所配套的電力開關的額定電壓的峰值的3倍取值選配，以防止電擊穿的現 象發生。 (2).由於片式晶閘管和片式電晶體的過載能力很差，考慮到電力開關供電負載的 各種特性，例如啟動電流的倍數和合閘湧流的現象，再結合片式晶閘管和片式電晶體浪湧 電流的特性，要綜合考慮電流容量的選配。特別是短路電流的發生，要採取相應的限流措施 和嚴格的導通時間的限制。可以使瞬間通過片式晶閘管和片式電晶體的電流的峰值，控制 在其浪湧電流的50% _70%以下，以防止熱擊穿的現象發生。 3. 2. 3. 2.片式晶閘管或片式電晶體和接觸器或負荷開關配套應用的選配方法
3.片式晶閘管和接觸器並聯配套的應用技術
(1).接觸器是一種可以遠距離控制的頻繁操作的電力開關，小容量的接觸器最大 的操縱頻率可達1200次/時，大容量的接觸器操作頻率一小時只有幾百次甚至十多次。與 片式晶閘管或片式電晶體並聯配套，在進行分合閘操作時，可以滿足片式晶閘管或片式晶 體管只能間歇性瞬間通電的要求。接觸器有交流、直流和低壓、中壓之分，在電力系統的配 電網中用量非常龐大。據有關部門統計，現在我國每年電力市場的新增需求量約達到8000 萬臺，而且今後20年內每年呈遞增趨勢。如果每臺接觸器並聯配套一組片式晶閘管或片式 電晶體，其市場前景就不言而喻。接觸器可以分合各種電動機的起動電流，以及電熱負載、 照明負載、電焊機、小型變壓器和電容器等各種用電負載，合閘瞬間產生的衝擊電流或激磁 湧流；接觸器能承受短路電流的通過，但不能分合短路電流。接觸器的固有合閘時間，小容 量的約10多毫秒-20多毫秒，大容量的由於容量大，觸頭的開距大和超程長，其固有合閘時 間就稍長一些，約20-50毫秒左右。接觸器的固有分閘時間往往比固有合閘時間稍長一點。 但是所有接觸器的動靜觸頭在不發生電弧的情況下，在閉合或分離的瞬間，均能在10毫秒 以內，甚至1毫秒以內完成可靠地閉合或分離。 (2).對於各種電動機的起動電流，有關標準規定的最大值不超過接觸器額定電流 的IO倍，在選擇片式晶閘管或片式電晶體的額定電流時，要按接觸器的IO倍的額定電流計 算，不超過片式晶閘管或片式電晶體浪湧電流的50% _70%，可以安全的躲過起動電流的 熱擊穿。對於短路電流，如果超過片式晶閘管浪湧電流的50%-70%，可考慮增大片式晶閘 管或片式電晶體的額定電流容量的辦法。也可以在接觸器和片式晶閘管或片式電晶體並聯 配套的主迴路電源側，串聯快速熔斷器或快速斷路器，作為快速的短路保護。還可以將片式 晶閘管或片式電晶體和能夠有效限制短路電流大小的鈉斷流器或PTC斷流器或水銀斷流 器等，串聯組成混合式斷流器。關於這種混合式斷流器，我已在"斷流開關"發明專利中，做 了詳細的介紹，這裡就不再多述。而對於合閘時瞬間產生的衝擊電流或激磁湧流，除了可考 慮增大片式晶閘管或片式電晶體的額定電流容量外，也可以考慮上述這種串聯能夠有效限 制電流大小的斷流器，而組成混合式斷流器。但是要注意，如果主迴路中串聯有短路保護的 快速熔斷器或快速斷路器，該短路保護裝置應該允許合閘時的衝擊電流或激磁湧流能夠安 全的通過，不能發生誤動作。 (3).另外接觸器在合閘時有一個很大的特點，就是動靜觸頭在閉合的瞬間，會發 生第一次碰撞引起的彈跳。在這次彈跳後繼續合閘完成超行程時，由於動鐵芯和靜鐵芯閉 合時的碰撞，還會發生第二次碰撞引起的彈跳。兩次碰撞引起的多次彈跳有可能使動靜觸 頭發生多次瞬間的分離而產生電弧。所以設計片式晶閘管或片式電晶體的控制觸發電路 時，要保證在觸頭每次彈跳分離的瞬間，及時地多次觸發片式晶閘管或片式電晶體可靠地 導通，使動靜觸頭之間不會產生電弧。 (4).電力負荷開關的操作不頻繁，和片式晶閘管或片式電晶體配套使用，可按照
具體情況來確定是否需要配套。如果需要時，可參照上述方法即可。 3. 2. 3. 3.片式晶閘管或片式電晶體和斷路器配套應用的選配方法 (1)、斷路器有交流，直流之分，從低壓，中壓，高壓到超高壓和特高壓。各種電壓等
級的斷路器有一個共同的特點，除了能夠正常地操作停電送電外，必須能安全地分合電路
中的短路電流。而短路電流的大小主要和它的供電電源的系統容量有關，和發電機或發電
廠的出口開關的距離有關。如果供電電源的 量小，其系統短路電流就小；供電電源的容量大，其系統短路電流就大。 一般從10幾千安到80千安，而對於大型變壓器或電網系統併網 運行時，其短路電流可超過上百千安。那麼對於各種分斷容量的斷路器，要選配片式晶閘管 或片式電晶體，除了要滿足上述選配原則外，還要考慮這樣大的短路電流的通過。要求必須 採取有效地限流措施和極短的導通時間的速斷保護措施，否則會造成熱擊穿而損壞片式晶 閘管或片式電晶體。特別需要強調的一點，交流短路電流的暫態分量衰減到出現過零的時 間和短路點與發電廠的距離有關，對於遠離發電廠的短路電流，衰減到過零的時間大約45 毫秒，而對於發電廠附近的短路電流，則需要150毫秒左右。這對於利用交流電流過零時， 取掉觸發信號就能自動關斷電路的晶閘管來說，需要將短路電流能夠限制的很小。解決的 方法是採用"鈉斷流器"或"PTC斷流器"與其串聯組合裝配成混合式無弧斷流器，可以使片 式晶閘管或片式電晶體能夠承受45毫秒 150毫秒的導通時間而不會發生熱擊穿。這是 斷路器選配片式晶閘管時，要重點解決問題的一種方案，另外還有採用速斷保護措施的幾 種方案，下邊進行簡要介紹。 (2)、我在2005年12月28日授權的"斷流開關"發明專利中，已經介紹了幾種有 效地限流措施和短路電流的速斷保護措施。在該專利中，把這種"用晶閘管晶片製造的微 型開關裝置，稱之為電子式斷流器"，將其和接觸器或負荷開關並聯配套，可實現無弧分合 閘的操作。同時還介紹了"鈉斷流器"，"PTC斷流器"和"水銀斷流器"，這三種的任一種斷 流器和電子式斷流器組合裝配成混合式無弧斷流器。能有效地限制短路電流或合閘衝擊的 尖峰電流，使電力開關達到無弧分合閘的操作。另外還介紹了 "水銀斷流器"的速斷保護裝 置。除此之外，在片式晶閘管或片式電晶體的電源側還可以安裝快速熔斷器或速斷開關，實 現瞬間的快速短路保護。 (3)、當然，對於比較頻繁操作的斷路器，採用上述這種配套應用的方法，是有明顯 的實用價值。可以有效的延長該斷路器的使用壽命，並有效的提高分斷能力；還可以有效的 防止操作過電壓的危害，以及有效的阻止電弧過電壓對電網環境的汙染和電弧電磁波對空 間電磁場的環境汙染，並且具有安全防爆功能。這是一臺長壽命的，環保型的，安全防爆斷 路器。但對於極少操作的斷路器，就沒有多大的實用價值。 3.2.4片式晶閘管和片式電晶體和電力開關配套應用時，需要製做成片式電力電 子模塊的方法。 3.2.4.1按照電力開關的極數(或相數)選擇片式電力電子模塊相數的方法。
(1)直流電力開關一般都是單相單極的，可選用上述待用的一個可關斷的片式晶 閘管或可關斷的片式電晶體，和其相適應的控制電路連接，用環氧樹脂或其他絕緣材料封 裝成單相片式電力電子模塊。如果是單相雙極的開關，根據需要也可用一個或兩個可關斷 的片式晶閘管或片式電晶體來製作成相應的片式電力電子模塊。將模塊和直流電力開關並 聯配套，即可實現無弧操作。 (2)交流接觸器有單相單極的，單相雙極的，有兩相兩極的，有三相三極的，三相四 極的和三相五級的，可根據接觸器的相數和極數來製作片式電力電子模塊。可以製成單相 的、雙相的、三相的和四相的片式電力電子模塊，其三相四極的和三相五極的交流接觸器並 聯配套四相的片式電力電子模塊就能滿足需要。單相的選用一個，雙相的選用兩個，三相的 選用三個，四相的選用四個片式晶閘管或片式電晶體，和其相適應的控制電路連接，用環氧 樹脂或其他絕緣材料封裝成相應極數的電力電子模塊。其形狀按開關內部的合適位置和空間來製作，將模塊和相應的交流電力開關並聯配套，即可實現無弧操作。 這裡所製做的片式電力電子模塊，可選用上述待用的片式雙向晶閘管或片式雙向
電晶體，也可以選用上述待用的片式逆導晶閘管或片式逆導電晶體。根據其電壓等級、電流
容量、特性參數和經濟成本，進行綜合考慮選擇製做片式電力電子模塊。 3. 2. 4. 2按照電力開關的動作特性、觸頭開距、超程和開關內部空間位置製做片式
電力電子模塊的方法。 (1)電力開關有直流的，有交流的，有接觸器，有負荷開關，有斷路器，其分合閘時 的動作特性有所不同，觸頭開距和超程也都有所不同。例如交流接觸器的觸頭開距和超程 小容量的觸頭開距是3. 6 4毫米，超程是1. 8 2. 2毫米；中大容量的觸頭開距是4 11 毫米，超程是2. 4 4. 5毫米；1140V的接觸器的觸頭開距要增大到9 12毫米；轉動式的 接觸器的觸頭開距是9 18毫米，超過程是5 11毫米。那麼各種電力開關在分合閘時的 動作時間就有所不同，要根據動作時間的特性，來確定片式晶閘管的觸發導通和關斷時間， 設計出各種不同的與其相適應的控制電路，來觸發控制片式晶閘管或片式電晶體。將控制 電路和片式晶閘管或片式電晶體連接後，即可封裝成需要的片式電力電子模塊。關於控制 電路的具體設計，以後將專文描述。 (2)按照上述的各種製做方法時，還要根據不同電力開關的內部空間位置，以及片 式晶閘管或電晶體的形狀尺寸和控制電路的大小，要進行綜合考慮，設計出相應的結構形 狀。由於片式晶閘管和片式電晶體的體積小，重量輕，不需要散熱裝置，其控制電路也更小， 所以製做成的電力電子模塊就不大。可以作為電力開關中的一個部件，並聯安裝在開關中 的一個合適位置。可以基本不改變電力開關的尺寸，能夠安裝到標準的配電櫃和開關櫃中， 而不需要設計非標的專用配電櫃和開關櫃，所以不會增加變電所的佔地面積和安裝費用。
4.


圖1、用一個晶片焊接製做一個片式晶閘管的結構圖 圖2、用兩個晶片反並聯焊接製做一個片式晶閘管的結構圖 圖3、用兩個晶片反並聯壓接製做一個片式晶閘管的結構圖 圖4、用三個晶片製做一個片式晶閘管的主電路接線原理圖 圖5、用片式晶閘管制做接觸器無弧罩的結構原理圖 圖6、無弧接觸器接入電路中的主迴路接線原理圖
5具體實施例方式
5. 1採用焊接的方法製做片式晶閘管或片式電晶體的實施例 採用焊接的方法製做時，要選用焊接型的晶閘管晶片(或矽片)，或選用焊接型的 晶休管晶片(或矽片)，才能進行焊接製做。現在用一個焊接型的500A/1800V的逆導晶閘 管晶片來製做一個500A/1800V的片式逆導晶閘管。逆導晶閘管的外圓是一個500A/1800V 的普通整流管的晶片，其內圓是一個500A/1800V的普通晶閘管的晶片，中心小圓是它的門 極，兩者是反並聯地製做在同一個矽圓片上的。為了下面敘述上的方便，我們以這個晶閘管 的陽極面和陰極面為基準，來確定該逆導管的陽極面和陰極面。如圖l所示，圖1A和圖1B 分別是逆導管的陽極面銅板Tll和陰極面銅板T12水平放置的平面圖、剖面圖和局部放大圖。T11的右側圓面和T12的左側圓面上的焊接面處，壓制的細槽條紋是為了增強和晶片的 兩個面的焊接效果。Til的左端頭和T12的右端頭分別預留了進線和出線的連接螺栓的穿 孔，在T12的細槽條紋中心預留了門極孔。圖1C是焊接後的片式逆導晶閘管水平放置的平 面圖和剖面圖，兩個圖中都畫上了夾在兩個銅板之間的逆導管晶片J11。剖面圖中還畫出了 焊接在陽極銅板T11上的陽極絕緣引線11，焊接在陰極銅板T12上的陰極絕緣引線12，焊 接在晶片Jll的門極上的門極絕緣引線13。圖中未畫出封裝的保護層。
5. 1. 1.兩步焊接方法的操作程序 如圖1B所示，第一步將陰極銅板T12按平面圖放平後，在其細條槽紋的圓形焊接 面處均勻放入適量的焊料，該焊料的熔點要比或晶片Jll燒結時的溫度低幾十度才能選 用。將晶片Jll的陰極面(包括整流管的陽極面)對準銅板T12的焊接面放平，工裝固定 好後放入焊接爐，將爐溫調整到焊料熔化並焊接牢固後取出。第二步將陽極銅板Tll按圖 1A的平面圖放平後，在其細條槽紋的圓形焊接面上均勻放入適量的焊料，這次用的焊料熔 點要比第一步的焊料低幾十度才能選用。下來把已焊上晶片的銅板T12翻過來，將晶片Jl 1 的陽極面(包括整流管的陰極面)對準銅板Tll的焊接面放平。再從門極孔中在晶片Jll 的門極處放入適量的同種焊料，將一根耐高溫絕緣導線13的裸線頭固定在門極上。工裝固 定好後放入焊接爐，將爐溫調整到焊料熔化並焊接牢固後取出。門極絕緣引線13的焊接也 可在第二步焊接之後，用一根絕緣導線焊接在門極上。下來在兩塊銅板的適當位置處分別 焊上一根陽極絕緣引線11和一根陰極絕緣引線12。注意上述操作，均不能使陰極、陽極和 門極有短路點。最後將兩塊銅板之間的間隙和門極周圍清理乾淨，並灌入單組分膠或雙組 分膠作為保護層封裝，就製成了一個500A/1800V的片式逆導晶閘管，見圖1C所示。
5. 1. 2. —步焊接法的操作程序 如圖1A所示，將陽極銅板T11按平面圖放平後，在其細條槽紋的圓形焊接面處均 勻放入適量的焊料，該焊料的熔點要比或晶片Jll燒結時的溫度低幾十度才能選用。將芯 片Jll的陽極面(包括整流管的陰極面)對準銅板Tll的焊接面放平。並在晶片Jll的陰 極面和門極處放入同種焊料，把圖1B中的銅板T12翻過來，將其細槽條紋的圓形焊接面和 門極孔分別對準晶片J11的陰極面和門極面，再將一根耐高溫的絕緣導線13的裸線頭從門 極孔中固定在晶片Jll的門極上。工裝固定好後放入焊接爐，將爐溫調整到焊料熔化並焊 接牢固後取出。下來在兩塊銅板的適當位置處分別焊上一根陽極絕緣引線ll和一根陰極 絕緣引線12。注意上述操作，均不能使陰極、陽極和門極有短路點。最後將兩塊銅板之間 的間隙和門極周圍清理乾淨，並灌入單組分膠或雙組分膠作為保護層封裝，就製成了一個 500A/1800V的片式逆導晶閘管，見圖1C所示。
5. 1. 3.用晶閘管矽片焊接難度的處理措施 用一個焊接型的500A/1800V的逆導晶閘管矽片，焊接製做一個500A/1800V的片 式逆導晶閘管時，由於矽片厚度太薄，兩個面焊接銅板操作比較困難，且焊接質量難以保 證。這時可在圖1A和圖1B中的兩塊銅板Tll和T12上，分別對應矽片的陽極面、陰極面和 門極面的焊接面處，預製凸出1.5毫為左右的，和三個極面同樣大小的圓面，並在該面上壓 制能增強焊接效果的細槽條紋。這樣可以保證矽片兩邊極面上焊接的兩塊銅板之間能有約 3毫米的間隙，使矽片兩邊極面不易造成短路，焊接操作容易，且易保證焊接質量。
5. 1. 4.並聯焊接法的操作程序
用一個焊接型的300A/1800V的普通晶閘管晶片和一個焊接型的300A/1800V的普 通整流管晶片，反並聯焊接也可製做一個300A/1800V的片式逆導晶閘管。如圖2所示，圖 2A和圖2B分別是反並聯的晶閘管晶片和整流芝晶片極面兩邊的銅板T21和銅板T22，水平 放置的平面圖、剖面圖和局部放大圖。圖2C是焊接後的片式逆導晶閘管水平放置的平面圖 和剖面圖。如圖2A和圖2B所示。首先需要在兩塊銅板T21和T22上，預製出兩個晶片J21 和J22的焊接位置和門極孔，以及焊接面的細槽條紋。下邊的操作步驟，和前邊所述的焊接 步驟相同，同樣要焊上陽極引線21、陰極引線22和門極引線23，這裡就不再重複。這種片 式逆導晶閘管，比用一個逆導晶閘管晶片製做的性能要優越一些。
5.2.採用壓接的方法製做片式晶閘管或片式電晶體的實施例
採用壓接的方法製做時，要選用壓接型的晶閘管晶片(或矽片)，或選用壓接型的 電晶體晶片(或矽片)，才能進行壓接製做。現在用兩個壓接型300A/1800V的普通晶閘管 晶片反並聯，來製做一個300A/1800V的片式雙向晶閘管。如圖3所示，圖3A和圖3B分別是 兩個反並聯晶閘管晶片極面兩邊的銅板T31和銅板T32，水平放置的平面圖和剖面圖。T31 的右側中間和T32的左側中間預留了門極孔，T31的左端和T32的右端預留了進線和出線的 聯連鏍栓的穿孔。圖3C是壓接後的片式雙向晶閘管的水平放置的平面圖和剖面圖，在剖面 圖中，J31和J32是普通晶閘管的兩個晶片，T31和T32是夾著晶片兩邊的兩塊銅板，T33和 T34是兩塊絕緣板，T35和T36是兩個蝶形彈簧，T37和T38是兩塊薄鋼板。蝶形彈簧是專 用的有四個角的圓盤形彈簧，四個角上預留有固定鏍栓的穿孔，圓盤的中心預留了門極孔。
5. 2. 1.並聯壓接法的操作程序 按圖3C所示，採用6個固定鏍栓穿孔緊固壓接，在6個鏍杆上套有絕緣套管，可防 止兩塊銅板之間和晶片之間發生短路。6個鏍栓的緊固力，和用兩個晶片反並聯製做相同規 格的晶閘管模塊的緊固力大小相同。如果兩塊絕緣板T33和T34的強度能滿足要求，可考 慮把最外層的兩塊鋼板T37和T38取掉。則成為圖3D所示的剖面圖。下來在兩個晶片的 門極處分別焊上一根絕緣導線33和34，再在兩塊銅板的合適位置分別焊上一根絕緣導線 31和32。最後把壓接成的片式雙向晶閘管清理乾淨，不能出現短路點，並用單組份膠或雙 級份膠作為甕中保護層封裝即可。
5. 2. 2.用晶閘管矽片壓接難度的處理措施 用兩個壓接型的300A/1800V的普通晶閘管矽片反並聯，壓接製做一個 300A/1800V的片式雙向晶閘管時，由於矽片厚度太薄，壓接操作比較困難，且壓接質量不好 保證。這時可在圖3C或圖3D的剖面圖中，分別在矽片J31和J32的兩邊和兩塊銅板T31 和T32之間，增加和矽片的陰陽極面的面積分別完全相同的薄銅片或薄銀片或薄鋁片。如 果需要時，也可在晶片極面上加入相同面積的薄鉬片。其它操作程序均同前所述，注意所有 的陰極，陽極和門極均不能短路。 5. 3.用三個晶片(或矽片)製做一個門極輔助關斷的片式晶閘管的實施例
用兩個普通晶閘管晶片(或矽片)共陰極連接，將二者之一和一個普通整流管芯 片(或矽片)共陽極連接，再連接一個電阻和直流電容器，可以製作一個門極輔助關斷的片 式晶閘管。其主電路的接線原理見圖4所示。圖中SCR1和SCR2是兩個普通晶閘管的晶片 (或矽片)，SR是普通整流管的晶片(或矽片)，C為直流電容器，R為電阻；節點l接直流 電源的正極，節點2接直流電源的負極；節點1和節點3之間可連接直流負載。該電路的開關原理如下，將SCRl觸發能使負載上的直流電路導通，將SCR2觸發能使直流電路關斷。R 是電容C的充電電阻，設定R上流過的電流不足維持SCR2的導通，當SCR2導通放電後可自 行關斷。SR作為續流二極體，當SCR1關斷時，負載上的反電勢可經過SR續流放掉。這是一 個開關性能比較良好的半導體直流開關主電路，採用上述的焊接法或壓接法，可以製做成 門極輔助關斷的片式晶閘管。 5.4.用片式晶閘管制做電力電子模塊的實施例 將三相交流接觸器上部的消弧罩內腔改造可以製成無弧罩，把消弧柵片和塑料隔 檔全部取掉。連接消弧罩和接觸器本體的兩個卡釘，及其固定卡釘的塑料通道要保留，仍作 為無弧罩和接觸器本體的聯接固定用。在三相觸頭上部的空間中，每相安裝一個片式雙向 晶閘管，該管的銅板接線端左右兩邊伸延彎向下邊。將三相靜觸頭兩邊的引弧角片取掉，換 上聯接銅片，可和片式晶閘管兩邊彎下來的銅板接線端，採用插接的方式聯接起來。也可採 用鏍栓聯接的方法，這就需要在聯接銅片上預製鏍栓的穿孔並背上鏍帽，還需在無弧罩左 右兩側預製出鏍栓的進孔。圖5是一個三相交流接觸器的上半部結構的剖面圖。參見圖5 所示C51是接觸器的本體，C52是接觸器的無弧罩，C53和C54是接觸器其中一相的兩個靜 觸頭，C55是其動觸頭。J51和J52是一相片式晶閘管的兩個晶片，J53是其控制集成電路。 T51和T52是片式晶閘管的兩塊銅板及其伸延長彎向下邊的接線端，T53和T54是兩個聯接 銅片，可將接線端T51和T52與靜觸頭C53和C54分別聯接起來，圖中所畫的是將無弧罩固 定到接觸器上後，用鏍栓穿過無弧罩兩邊預製的鏍栓穿孔將T51和C53通過聯接銅片T53 以及T52和C54通過聯接銅片T54分別連接起來的。這是用片式晶閘管按照無弧罩內腔的 空間，用絕緣材料(樹脂或塑料)封裝固定在無弧罩的空腔內製做成的無弧電力電子模塊。 可取代接觸器原有的消弧罩，便能進行無弧分合閘的操作。這種裝有電子模塊的罩子，可稱 其為接觸器的無弧罩。裝有無弧罩的接觸器可稱其為無弧接觸器。
5.5.用片式晶閘管制成的電力電子模塊接入電路中的實施例
用片式雙向晶閘管和片式逆導晶閘管者可分別製做成交流電路中常用的電力電 子模塊。片式雙向晶閘管通常是採用兩個普通晶閘管的晶片(或矽片)反並聯製做的；也 可採用一個雙向晶閘管的晶片(或矽片)來製做。片式逆導晶閘管通常是採用一個普通晶 閘管的晶片(或矽片)，和一個普通整流管的晶片(或矽片)反並聯製做的；也可採用一個 逆導晶閘管晶片(或矽片)來製做。用這幾種片式晶閘管制做的三相無弧罩，安裝在三相 交流接觸器上，接入三相交流電路中，其主迴路的接線原理圖，分別見圖6A和圖6B。如圖 6所示K是電源刀開關，RSH是快速熔斷器，CJ是接觸器中的主接點，Triac是無弧罩內的 片式雙向晶閘管，RCT是無孤罩內的片式逆導晶閘管，D是負載電機。在接觸器進行分閘或 合閘的瞬間，控制片式晶閘管在這一時刻即時地瞬間導通，三相觸頭上就不會產生電弧。圖 6A是新產品進行樣機試驗時的接線實例，試驗中用試波器拍出的波形圖，充分證明了這種 接觸器是無孤接觸器。
權利要求
一種半導體基片，是用品閘管晶片(或矽片)或者電晶體晶片(或矽片)，直接夾在兩塊銅板之間，採用焊接的方法或者壓接的方法可以製成片式晶閘管或片式電晶體。這是一種新型的片式半導體器件，為半導體領域中的晶閘管和電晶體這兩個大家族，各增加了一個派生的分支體系。
2. 如權利要求1所述的片式晶閘管和片式電晶體，其特徵是應用技術比較獨特，不能 單獨接入電路中運行，必須和接觸器或斷路器或負荷開關等電力開關並聯配套。只能在開 關分合閘的瞬間短時間的導通電流，能夠使電力開關進行無電弧的分合閘操作，使之成為 安全防爆的環保型電力開關。
3. 如權利要求1所述的片式晶閘管和片式電晶體，其特徵是體積小、重量輕、價格低 廉，能利用電力開關中的空間位置，可以製做成開關中的一個部件，並聯在開關的觸頭上。 不影響原開關的安裝尺寸，安裝到原有的配電櫃中，不需要設計專用的非標配電櫃，可以節 約空間位置和大量的安裝費用。
4. 如權利要求1所述的片式晶閘管和片式電晶體，其特徵是並聯在電力開關的觸頭 上，分合閘時，不會產生電弧。就能消除電弧引起的操作過電壓對電網的嚴重汙染，顯著提 高電網的供電質量和安全可靠性；消除電弧電波對空間電磁場的環境汙染，使無線電遙控 和通信免受幹擾；可以使開關安全地使用在易燃易爆的化工場所和煤礦井下。沒有電弧燒 損觸頭，觸頭上的貴金屬材料就不會被電磨損，可以節約觸頭上大量的貴金屬材料。同時， 觸頭上沒有電弧磨損，就可以數十倍或上百倍延長開關的使用壽命。
全文摘要
本發明是在「斷流開關」發明專利的基礎上，依據無弧斷流理論和半導體理論，採用新穎的電力電子技術研製的片式晶閘管和片式電晶體的半導體基片，並研究出一整套獨特的應用技術。配套在接觸器或斷路器可實現無弧操作上，便可製成安全防爆的環保型電力開關。為半導體領域中的晶閘管和電晶體這兩個大家族，各增加了一個派生的分支體系。為電力開關領域中的無電弧分合閘的高分斷技術和安全防爆技術，以及消除操作過電壓對電網嚴重汙染的環保技術和消除電弧電波汙染空間電磁場的環保技術，對顯著提高供電質量和電力開關的使用壽命以及開關觸頭節約大量貴金屬材料的技術，均提供了不斷創新的技術條件。
文檔編號H01H9/30GK101697347SQ20091021852
公開日2010年4月21日 申請日期2009年10月27日 優先權日2009年10月27日
發明者馮安家, 劉卓平, 劉卓明, 劉衛歧, 曹海峰, 陳誠 申請人:劉衛歧;