[發明專利]鋁基覆銅箔板制作主導熱面的低熱阻橋式整流器

無效

• 申請號: 201310091183.8
• 申請日: 2013-03-08
• 公開（公告）號: CN103199067A
• 公開（公告）日: 2013-07-10
• 發明（設計）人: 程德明
• 申請（專利權）人: 程德明
• 主分類號: H01L23/367
• 分類號: H01L23/367;H02K11/00
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種低熱阻橋式整流器的制造技術，屬于國家重點支持的新型電力電子器件技術領域。

背景技術

額定電流容量5～100A的橋式整流器，主要包括：單相全波橋式整流器、單相全波半控橋式整流器、三相全波橋式整流器、三相全波半控橋式整流器等，是電力電子技術的支柱產品，廣泛用于各種交直流轉換電路中。椐不完全統計，每年國內市場需求量約2億只，出口外銷量約1億只。

傳統橋式整流器的結構制造工藝，是將若干只(常見為4～6只)整流芯片或可控芯片，按照橋式整流電路的功能要求焊接組合，裝入金屬(常用鋁)盒內，灌、填絕緣密封材料，保證通電部分與外殼之間呈絕緣狀態，再經老化測試即成為產品。其金屬外殼的平整底面是橋式整流器的主導熱面，所謂“主導熱面”，是指產品與外接散熱器可以緊密接觸的平面。產品90％以上的熱量通過主導熱面流向外接散熱器，保證了內部芯片的溫度不高于芯片的額定結溫，產品即可連續安全工作。傳統橋式整流器的典型結構如說明書附圖1所示。

橋式整流器中的芯片，通過電流時由于二端的存在電壓降會產生熱量。每只芯片產生的熱量值，近似等于通過電流的平均值乘以壓降值。以額定輸出電流為50A的單相橋式整流器為例，每只整流芯片壓降以1.1V計算，輸出電流每個半波均輪流流過二只芯片，所以，四只整流芯片上產生的總熱量為：

50A×1.1V×2＝110W…………(式1)

說明書附圖1所示產品的總熱阻，是芯片到主導熱面金屬外殼之間的熱阻，稱為“結殼總熱阻”，常以字母“Rjc”表示。其值與產品的結構、所使用材料的導熱系數和材料的幾何形狀、尺寸有關。解剖具有說明書附圖1所示結構的某全波整流橋式整流器產品為例，得到如下數椐：其主導熱面為鋁殼的底面，成正方形，邊長28mm，其下電極平行相對鋁殼底面的可散熱的總面積為300mm²，電極與鋁殼底部之間平行距離為0.65mm，充滿用以絕緣導熱的環氧樹脂。取常用環氧樹脂的導熱系數為0.4W/mk，椐此可計算得所述橋式整流器的芯片PN結到主導熱面之間的所謂“結殼總熱阻”為：

Rjc＝0.65×10^-3m/(300×10^-6m²×0.4W/mk)＝5.4度/W…………(式2)

上例橋式整流器輸出50A的電流時，引入(式1)、(式2)數椐，所述橋式整流器的芯片與橋式整流器主導熱面之間溫差即為：

(5.4度/W)×110W＝594度………(式3)

如此，上例橋式整流器芯片溫度將急劇升高，遠遠超出現行整流芯片額定結溫150度，產品將在很短時間內燒毀。

反之，按現行整流芯片額定結溫150度，設定橋式整流器的主導熱面額定溫度100度，引入(式1)數椐，從理論上可計算得50A單相全波橋式整流器的結殼總熱阻的理論值應滿足：

(150-100)度/110W＝0.4545度/W…………(式4)

(式2)的熱阻實際解剖值“5.4度/W”是(式4)的熱阻理論要求值“0.4545度/W”的10倍以上，顯然，上例實例產品不能通過50A電流，按發熱安全系數為1計算，也只能勉強通過5A的工作電流。將其可通過的電流值與主導熱平面面積的比值定義為“主導熱面工作電流密度”，上例值為：

5A/(2.8cm×2.8cm)＝0.638A/cm²…………(式5)

(式5)的主導熱面工作電流密度值很小。如按此值設計額定電流為50A的橋式整流器，其主導熱面積要達到78cm²；額定電流為100A的橋式整流器，其主導熱面積要達到156cm²。主導熱面積面積與相應的產品體積都過大。

經上述分析可知，改進我國傳統橋式整流器的工藝結構，已是迫在眉睫的問題。改進的主要技術關鍵，就是要降低產品的結殼總熱阻，增加“主導熱面工作電流密度”，提高產品的電流容量，減小產品體積和材料消耗，向國家倡導的“高性能、大容量、小型化、低消耗”方向發展。

發明內容

本發明提供一種降低橋式整流器結殼總熱阻的制造技術，使用新型材料“鋁基覆銅箔板”制作主導熱面，生產出一種低熱阻橋式整流器，可以滿足上述技術要求。

所述低熱阻橋式整流器，其主要結構由主導熱面板(1)、下電極(2)、芯片(3)、上電極(4)、絕緣體(5)組成。其典型結構圖如說明書附圖2所示。