[發明專利]半導體閥門

無效

• 申請號: 85101064.4
• 申請日: 1985-04-01
• 公開（公告）號: CN1003148B
• 公開（公告）日: 1989-01-25
• 發明（設計）人: 卡爾·埃里克·奧爾森
• 申請（專利權）人: 瑞典通用電氣公司
• 主分類號: H01L25/14
• 分類號: H01L25/14;H01L23/46
• 代理公司: 中國專利代理有限公司
• 代理人: 許新根

本發明涉及一種用于高壓的半導體閥門，它包括多個電氣串連的半導體元件和多個液體冷卻器。半導體元件和冷卻器作這樣的層疊式排列，使每個半導體元件都置于兩個冷卻器之間。閥門設有壓力裝置，以便產生作用于層疊排列的軸向的壓力。閥門有分壓器部件，與各個半導體元件并聯連接。該分壓器部件包括諸電阻。

上述一類的半導體閥門以前已為人們所知，例如瑞典公布的第334，947號專利申請就介紹過這種閥門（相應于專利號為3，536，133的美國專利）。這類閥門也已為人們所用，例如用于整流器上，通過高壓直流電輸送電能;或作為開關器件的組成部分，用作靜態的無效功率補償等等。

在上述一類閥門中使用的一系列分壓器以這樣一種方式與每個半導體元件并聯設置，使每個半導體元件與一個分壓器部件并聯連接。每一個這樣的分壓器部件一般都包含一個或一個以上的電阻。配有這種分壓器的閥門以前亦為人們所知，例如專利號為3，794，908和4，360，864的二美國專利就描述了這類閥門。所述分壓器電阻具有很高的功率耗散，一般達到幾百瓦的數量級。如果電阻是空氣冷卻的，則有幾個嚴重的缺點，這些電阻必須設有冷卻用的凸緣或類似的冷卻部件，并且為保證電阻能充分地向周圍的空氣散發熱量而不致于溫度升得太高，這些電阻的尺寸就要做得比較大;而且，為了排走釋放出來的熱量，還必須保證有足夠的冷卻氣流流過電阻。由于這些原因，這一類的閥門如果使用空氣冷卻的電阻的話，其體積就會變得比較龐大。這種電阻還有一個缺點，就是電阻器釋放出來的熱量是很高的，隨之也會升高閥門和室內的氣溫，如果不專門采取一些空調冷卻的措施，就會升高了室內其他機件和設備的工作溫度。

制造液冷式大功率電阻，這以前也已經為人們所知。例如專利號為2，274，381的美國專利就介紹過這種電阻。不過，要把一個半導體閥門中眾多的分壓器電阻的每一個都做成這種液冷式電阻，將使閥門變得很復雜，需要很多流通冷卻液體的接頭和管道。閥門仍然會比較龐大，并且由電阻和冷卻液體管道散發出來一定的熱量仍然會升高閥門中和室內的氣溫。

把分壓器電阻安裝在一條用于對閥門的半導體元件進行液體冷卻的冷卻桿上，這種技術以前也已為人們所知，美國的第4，178，630號專利就介紹了這種技術。從電阻器散發出的部分熱量將被流過冷卻桿的冷卻液體所吸收。但是散發到周圍空氣中的熱量仍然是比較高的。

本發明的目的就是要提供一種最初所描述的簡單而又小巧的閥門，使分壓器電阻向周圍空氣散發的熱量降到最低的限度。

下面將參閱附圖1至附圖5對本發明作更詳細的說明。附圖1a和1b顯示了根據本發明的半導體閥門。附圖2a、2b和2c更詳細地顯示了附圖1的半導體閥門冷卻器的一實施例。圖3a、3b、3c和3d顯示了圖1的半導體閥門冷卻器的一個變換實施例。圖4顯示了電阻器裝在各個分離的板塊上的一個實施例。圖5顯示了電阻器裝在冷卻器的專門的孔道中的一個實施例。

圖1a和1b顯示了根據本發明的半導體閥門的一個實例，它們分別是從兩個互相垂直的方向上觀察閥門而得出的視圖，這兩個觀察方向均垂直于閥門的縱軸線。閥門有6個半導體元件1-6，它們可以是半導體開關元件或是二極管。每個半導體元件的外殼由兩個圓形金屬接觸板（見半導體元件1的1a和1b）和一個環狀絕緣物（見1c）組成。經過設計，半導體元件可以承受壓力接觸和進行雙重冷卻，亦即是，這些元件要承受安裝在每個元件兩側的兩個冷卻器之間的壓力。冷卻器7-13裝在每對半導體之間以及最邊緣的兩個半導體元件的外側。利用軛14和15、壓力傳遞體16和17、螺栓18和19、以及螺母18a、18b、19a和19b，以相當高的壓力，例如以1萬或數萬牛頓的力把冷卻器和半導體元件緊密地壓在一起，形成一個層疊式的排列。這種緊密的壓緊使整個層疊結實穩妥，而且還使各半導體元件和冷卻器之間保持必要的良好的電接觸和熱接觸。由于閥門兩端要承受很高的電壓，部件14-19的設計必須講究，不能使閥門兩端之間產生短路。這是可以辦到的，例如在壓力傳遞體16、17與冷卻器7、13之間裝上絕緣板，或者使螺栓18、19和螺母18a-19b與軛14、15絕緣。

需要和閥門在電路上相接的導體例如可以和冷卻器7和13相連接。