[發明專利]半導體開關器件

有效

• 申請號: 201880018153.5
• 申請日: 2018-01-16
• 公開（公告）號: CN110383463B
• 公開（公告）日: 2023-05-02
• 發明（設計）人: T.維克斯特雷姆
• 申請（專利權）人: 日立能源瑞士股份公司
• 主分類號: H01L23/051
• 分類號: H01L23/051
• 代理公司: 北京市漢坤律師事務所 11602
• 代理人: 王其文;張濤

本發明涉及一種半制備型開關器件，其包括半導體元件(1)和殼體(2)，殼體(2)包括具有環形墊圈(6)的彈簧系統，該彈簧系統側向地環繞半導體元件(1)，以用于將半導體元件(1)夾緊于兩個極片(3,4)之間。墊圈(6)能夠通過在第一側(60)上的第一接觸區域(61)中接觸墊圈(6)的第一撓曲元件(7)且通過在第二側(62)上的第二接觸區域(63)中接觸墊圈(6)的第二撓曲元件(8)而在極片之間撓曲。第一接觸區域(61)相對于第二接觸區域(63)而移位。第一撓曲元件(7)和第二撓曲元件(8)可使墊圈(6)撓曲，使得在夾緊條件下能夠在極片與半導體元件(1)之間實現電接觸。

技術領域

本發明涉及功率電子學的領域，特別地涉及一種半導體開關器件。

背景技術

半導體開關器件是具有陰極-陽極-柵極結構的強大并且快速關斷的構件。具體地，半導體開關器件包括半導體元件，該半導體元件在其上沉積有開關器件的陰極、陽極和柵極。器件進一步包括用于將開關器件的陰極、陽極和柵極電連接到外部電路單元的連接部件。

半導體元件必須應對大的電流和電壓。這樣的半導體元件的一個示例是集成柵極換流晶閘管(IGCT)。IGCT是如絕緣柵雙極型晶體管(IGBT)那樣關斷但如晶閘管那樣在最低導體損耗的情況下傳導的柵控關斷開關。集成柵極換流晶閘管是用于諸如下者的需要高功率的應用的功率開關器件：例如，中壓驅動器、牽引、風力轉換器、AC激勵系統、電池能量存儲系統、固態斷路器、牽引線路升壓器、牽引功率補償器以及感應加熱。

構造為IGCT的半導體元件如今由于其通用性、效率和成本效益而在各種各樣的應用中使用。常規的IGCT器件具有環形結構，其中，在陰極盤上布置柵極盤，從而向開關器件提供柵極連接。陽極相布置于在外側處具有例如特定的爬電距離的殼體的頂部上。

US?2016071815?A1顯示了半導體開關器件，該半導體開關器件具有半導體元件1和具有彈簧系統的殼體，半導體元件1通過該彈簧系統而被夾緊于陰極極片3與陽極極片4之間(圖1)。彈簧系統包括兩個貝氏(Belleville)彈簧69、69'，貝氏彈簧69、69'被夾緊于極片3、4之間，并且由此將半導體元件1夾緊，以實現半導體元件的主電極與極片3、4的接觸。具有L形輪廓的絕緣環9布置于半導體元件1與彈簧系統之間。貝氏彈簧中的一個69'位于絕緣環9上，其中柵極引線被夾緊于其中間。額外的支承元件68、68'定位于貝氏彈簧與絕緣環9之間，以保護絕緣環9和柵極引線免受貝氏彈簧69、69'的銳緣的影響。

這樣的半導體開關器件可為半制備型，其中半導體元件1定位于極片3、4之間且彈簧系統環繞半導體元件1。可將半制備型開關器件從工廠運輸到用戶所在地，在用戶所在地處，半制備型開關器件可被安裝于其最終的周邊環境中并且被夾緊，以建立從半導體元件1到極片3、4的電接觸。

對于制造半制備型半導體開關器件而言，能夠容易地將半導體元件安裝于殼體中是重要的。此外，殼體內部的所有零件的適當的對準和支承對于甚至在輸送之后也保證適當的接觸而言是重要的。

EP?1?220?314?A2顯示了另一現有技術的用于晶閘管模塊的壓力接觸件。環繞晶閘管的兩個環件通過具有突出部和凹陷部而彼此閂鎖。對于側向的側部而言，環系統通過絕緣元件而絕緣。在頂側上，主電連接器向上引導。各晶閘管元件通過圍繞各環系統布置的三個張緊螺釘而固定到底板。對于底側而言，多個這樣的晶閘管單獨地與底板絕緣。晶閘管相對于彼此而側向地布置、通過共同的主電極板而彼此電連接，即，緊湊的布置是不可能的，并且，晶閘管不可以以堆疊構造來布置。由于所有晶閘管都必須一起直接地安裝于共同的底板上，故模塊化設計和半制備是不可能的。所施加的彈簧力取決于如下的力：以該力上緊各張緊螺釘。此外，由于多個張緊螺釘必須針對各半導體元件而被上緊，故有可能傾斜，這可導致從半導體元件到極片的不良的電連接或沒有電連接。