一種大功率壓接式igbt封裝模塊夾具的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及一種微電子封裝夾具，具體講涉及一種大功率壓接式IGBT封裝模塊夾具。
【背景技術(shù)】
[0002]絕緣柵雙極晶體管(IGBT)集MOSFET的柵極電壓控制特性和BJT的低導(dǎo)通電阻特性于一身，具有輸入阻抗大、驅(qū)動功率小、開關(guān)損耗低以及工作頻率、高電壓、大電流等特點，是近乎理想的半導(dǎo)體大功率開關(guān)器件，有著廣闊的發(fā)展和應(yīng)用前景，廣泛應(yīng)用于電機變頻器、風力發(fā)電變流器、光伏發(fā)電逆變器、高頻電焊機逆變器，輕型交直流輸電、軌道交通、航空、艦船、海洋工程等領(lǐng)域。
[0003]現(xiàn)今國際上IGBT作為一種主流器件，已經(jīng)發(fā)展到商業(yè)化第五代，IGBT封裝方式也已經(jīng)多樣化，針對封裝方式的多樣化，壓接式IGBT封裝模塊夾具的夾緊方式也是多種多樣，比較成熟的壓接式IGBT封裝模塊夾具目前有自然冷卻立式的和自然冷卻臥式的，夾緊力為10KN，單只絕緣桿頂壓，其存在的問題是壓接式IGBT封裝模塊工作情況下受力不均、普通金屬絕緣桿承受拉力有限、整體夾具施力操作困難、裝配精度較低、普通散熱器散熱效果不理想、工作電流小容量小、可靠性低等問題。
[0004]鑒于上述背景，需要提供一種新的結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、夾具安全可靠、性能穩(wěn)定、易操作、夾具施力范圍大、開關(guān)速度高、通流大、容量高的壓接式IGBT封裝模塊夾具，以滿足壓接式IGBT封裝模塊，特別是大尺寸及高電壓等級的壓接式IGBT封裝模塊對夾具的越來越嚴格的要求。
【實用新型內(nèi)容】
[0005]為了克服現(xiàn)有壓接式IGBT封裝模塊夾具所存在的上述不足，本實用新型提供一種新的大功率壓接式IGBT封裝模塊夾具，其整體結(jié)構(gòu)更加簡單緊湊、制作和裝配更加簡便、布局更加合理、可靠性和散熱性更好。
[0006]本實用新型提供的技術(shù)方案是:一種大功率壓接式IGBT封裝模塊夾具，其改進之處在于:所述夾具包括豎直設(shè)置的絕緣支撐桿，水平方向由下至上依次設(shè)置的下端承重法蘭組套、下端引出排、下方水冷散熱組套、中間引出排、上方水冷散熱組套、上端引出排和上端夾具法蘭組套；上、下方水冷散熱組套兩側(cè)安裝有電容組件和阻尼電阻組件，其另外兩側(cè)分別安裝有散熱器水路組件以及短路板、驅(qū)動板和導(dǎo)線槽組件。
[0007]優(yōu)選的，所述上端夾具法蘭組套包括豎直方向依次同軸設(shè)置的法蘭吊裝結(jié)構(gòu)組件、上端夾具法蘭金屬板、球面補償頂壓支柱和凹面頂壓塊；
[0008]所述凹面頂壓塊為方形塊，其頂部呈向下凹陷的球面；所述球面補償頂壓支柱的底部呈與所述凹面頂壓塊頂部凹球面相適應(yīng)的向下凸起的球面；所述凹面頂壓塊的頂部與所述球面補償頂壓支柱的底部貼合，其底部與所述上端引出排的上表面貼合；
[0009]所述球面補償頂壓支柱通過頂壓支柱鎖緊螺母與所述上端夾具金屬板固定；所述球面補償頂壓支柱的上部為橫截面直徑與所述頂壓支柱鎖緊螺母的螺紋孔經(jīng)相適應(yīng)的帶有外螺紋的圓柱桿；所述圓柱桿置于所述頂壓支柱鎖緊螺母的螺紋孔內(nèi)并與所述頂壓支柱鎖緊螺母螺紋固定；
[0010]所述球面補償頂壓支柱上部的圓柱桿橫截面直徑小于其底部的球面直徑；
[0011]所述上端夾具法蘭金屬板的底部中心留有孔徑大于所述圓柱桿橫截面直徑且小于所述頂壓支柱鎖緊螺母外徑的圓形凹孔；所述圓柱桿伸入所述凹孔內(nèi)；所述頂壓支柱鎖緊螺母與所述凹孔口貼合。
[0012]優(yōu)選的，所述下端承重法蘭組套包括豎直方向同軸設(shè)置的碟簧法蘭定位塊、對放碟簧組件和下端承重法蘭金屬板；
[0013]所述下端承重法蘭金屬板的中部留有通孔，所述通孔的豎直縱斷面為階梯形，其下部內(nèi)徑小于其上部內(nèi)徑，所述對放碟簧組件由不同規(guī)格標準的碟簧片沿豎直方向同軸對放組成；所述對放碟簧組件的外徑大于所述通孔的下部內(nèi)徑且小于所述通孔的上部內(nèi)徑，以使所述對放碟簧組件同軸置于所述通孔內(nèi)，所述碟簧法蘭定位塊包括一體成型且同軸設(shè)置的圓形水平定位臺和圓柱形支柱，所述圓柱形支柱伸入所述碟簧組件的中部通孔內(nèi)，所述水平定位臺與所述碟簧組件的上表面貼合。
[0014]優(yōu)選的，所述上、下方水冷散熱組套包括豎直方向相互平行的其間夾有所述壓接式IGBT封裝模塊的水冷散熱器；所述水冷散熱器為上下表面分別設(shè)有凸臺的長方體，所述IGBT封裝模塊上下凸臺表面分別與上下兩個水冷散熱器的凸臺相貼合；
[0015]所述上方水冷散熱組套通過中間引出排定位塊與所述下方水冷散熱組套相連；所述上方水冷散熱組套的上、下表面分別與所述上端引出排的下表面、所述中間引出排定位塊的上表面在水平面上相貼合，所述下方水冷散熱組件的上、下表面分別與所述中間引出排定位塊的下表面、所述下端引出排的上表面在水平面上相貼合；所述中間引出排定位塊的側(cè)部固定有水平方向的中間引出排。
[0016]進一步，所述水冷散熱器的兩側(cè)分別安裝有阻尼電阻組件，上下兩個水冷散熱器的阻尼電阻之間安裝有電容組件；所述阻尼電阻組件包括阻尼電阻，所述電容組件包括電容，所述阻尼電組通過接線銅排與所述電容依次連接，所述阻尼電阻并聯(lián)在所述IGBT封裝模塊的發(fā)射極與集電極之間。
[0017]進一步，散熱器水路組件包括進水連接管、出水連接管、以及豎直方向的水冷進水主管路和水冷出水主管路；
[0018]所述水冷散熱器的另一側(cè)設(shè)有分別通過所述進水連接管和所述出水連接管與水冷進水主管路和水冷出水主管路相連的進水口和出水口；
[0019]所述水冷進水主管路和所述水冷出水主管路的兩端分別通過水平定位桿與上端夾具法蘭金屬板的兩側(cè)以及下端承重法蘭金屬板的兩側(cè)固定，所述水冷出水主管路兩端的水平定位桿之間還固定有豎直方向的導(dǎo)線槽組件；
[0020]所述水平定位桿分別通過高強度螺栓安裝在所述上端夾具法蘭金屬板和所述下端承重法蘭金屬板的兩側(cè)。
[0021]進一步，所述上端夾具法蘭金屬板和下端承重法蘭金屬板為相互平行的水平長方形板，所述上端夾具法蘭金屬板和所述下端承重法蘭金屬板的四角處沿豎直方向分別設(shè)有四個通孔；
[0022]豎直絕緣支撐桿貫穿所述通孔安裝于所述上端夾具法蘭金屬板和所述下端承重法蘭金屬板之間，其橫截面直徑為20mm-30mm，其兩端分別留有縱向長度為90mm-110mm的外螺紋，并通過所述外螺紋與高強度螺栓固定；所述豎直絕緣支撐桿上端的螺栓與所述上端夾具法蘭金屬板的上表面貼合，其下端的螺栓與所述下端承重法蘭金屬板的下表面貼合；
[0023]所述上端夾具法蘭金屬板上還設(shè)有四個圓周等分布的螺孔，用于將所述法蘭吊裝結(jié)構(gòu)組件通過高強度螺栓與所述上端夾具法蘭金屬板同軸固定。
[0024]進一步，所述凹孔的豎直縱斷面為階梯形，其上部內(nèi)徑略小于其下部內(nèi)徑，所述頂壓支柱鎖緊螺母的上部橫截面外徑略小于其下部橫截面外徑，所述頂壓支柱鎖緊螺母的上部橫截面外徑等于所述凹孔的下部內(nèi)徑，以使所述頂壓支柱鎖緊螺母的上部伸入所述凹孔的下部。
[0025]進一步，所述水冷散熱器表面電鍍鎳，鍍鎳層厚度為8 ym-12 μπι。
[0026]優(yōu)選的，所述上、下方水冷散熱組套分別包括豎直方向平行設(shè)置的四個水冷散熱器以及設(shè)于所述四個水冷散熱器之間的三個IGBT封裝模塊，所述上方水冷散熱組套的上方第一個水冷散熱器的側(cè)部通過豎直方向的短路板與第三個水冷散熱器的側(cè)部相連，所述上方水冷散熱組套的第四個水冷散熱器的側(cè)部以及所述下方水冷散熱器的下部三個水冷散熱器的側(cè)部分別安裝有水平方向的驅(qū)動板。
[0027]與最接近的技術(shù)方案相比，本實用新型具有如下顯著進步:
[0028](I)散熱器水路組件、導(dǎo)線槽組件、電容組件、阻尼電阻組件直接安裝在上、下水冷散熱組套兩側(cè)，整體結(jié)構(gòu)緊湊，制作和裝配及拆卸檢修更加簡便、連接的可靠性更好、散熱性能更好；
[0029](2)水冷散熱器表面電鍍鎳，鍍鎳層厚度為8?12 μ m，這使得水冷散熱器具有極佳的抗氧化和防腐蝕性能、以及超高的導(dǎo)電和導(dǎo)熱性能，可很好的滿足IGBT封裝模塊對散熱器的要求；
[0030](3)豎直絕緣支撐桿設(shè)于上、下水冷散熱組套四周、并通過8個高性能絕緣螺母固定在上端夾具法蘭金屬板和下端承重法蘭金屬板之間，可使上端夾具法蘭組套、上、下水冷散熱組套、下端承重法蘭組套平行的表面平行度在0.1mm以內(nèi)，可起到很好的定位作用。
[0031](4)豎直絕緣支撐桿用高性能增強纖維材料制作，桿直徑為20?30mm，具有很好的耐高溫特性，可在310°C高溫下連續(xù)工作，其機械強度高、硬度和抗蠕變性高、熱膨脹率低，電氣絕緣性佳，可起到起到很好的定位絕緣功能；
[0032](5)下端承重法蘭組套的對放碟簧組件采用新型組裝結(jié)構(gòu)，即將多片碟簧對放置于下端承重法蘭金屬板的中部通孔內(nèi)，定