一种大功率压接式igbt封装模块夹具的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种微电子封装夹具，具体讲涉及一种大功率压接式IGBT封装模块夹具。
【背景技术】
[0002]绝缘栅双极晶体管(IGBT)集MOSFET的栅极电压控制特性和BJT的低导通电阻特性于一身，具有输入阻抗大、驱动功率小、开关损耗低以及工作频率、高电压、大电流等特点，是近乎理想的半导体大功率开关器件，有着广阔的发展和应用前景，广泛应用于电机变频器、风力发电变流器、光伏发电逆变器、高频电焊机逆变器，轻型交直流输电、轨道交通、航空、舰船、海洋工程等领域。
[0003]现今国际上IGBT作为一种主流器件，已经发展到商业化第五代，IGBT封装方式也已经多样化，针对封装方式的多样化，压接式IGBT封装模块夹具的夹紧方式也是多种多样，比较成熟的压接式IGBT封装模块夹具目前有自然冷却立式的和自然冷却卧式的，夹紧力为10KN，单只绝缘杆顶压，其存在的问题是压接式IGBT封装模块工作情况下受力不均、普通金属绝缘杆承受拉力有限、整体夹具施力操作困难、装配精度较低、普通散热器散热效果不理想、工作电流小容量小、可靠性低等问题。
[0004]鉴于上述背景，需要提供一种新的结构紧凑、体积小、夹具安全可靠、性能稳定、易操作、夹具施力范围大、开关速度高、通流大、容量高的压接式IGBT封装模块夹具，以满足压接式IGBT封装模块，特别是大尺寸及高电压等级的压接式IGBT封装模块对夹具的越来越严格的要求。
【实用新型内容】
[0005]为了克服现有压接式IGBT封装模块夹具所存在的上述不足，本实用新型提供一种新的大功率压接式IGBT封装模块夹具，其整体结构更加简单紧凑、制作和装配更加简便、布局更加合理、可靠性和散热性更好。
[0006]本实用新型提供的技术方案是:一种大功率压接式IGBT封装模块夹具，其改进之处在于:所述夹具包括竖直设置的绝缘支撑杆，水平方向由下至上依次设置的下端承重法兰组套、下端引出排、下方水冷散热组套、中间引出排、上方水冷散热组套、上端引出排和上端夹具法兰组套；上、下方水冷散热组套两侧安装有电容组件和阻尼电阻组件，其另外两侧分别安装有散热器水路组件以及短路板、驱动板和导线槽组件。
[0007]优选的，所述上端夹具法兰组套包括竖直方向依次同轴设置的法兰吊装结构组件、上端夹具法兰金属板、球面补偿顶压支柱和凹面顶压块；
[0008]所述凹面顶压块为方形块，其顶部呈向下凹陷的球面；所述球面补偿顶压支柱的底部呈与所述凹面顶压块顶部凹球面相适应的向下凸起的球面；所述凹面顶压块的顶部与所述球面补偿顶压支柱的底部贴合，其底部与所述上端引出排的上表面贴合；
[0009]所述球面补偿顶压支柱通过顶压支柱锁紧螺母与所述上端夹具金属板固定；所述球面补偿顶压支柱的上部为横截面直径与所述顶压支柱锁紧螺母的螺纹孔经相适应的带有外螺纹的圆柱杆；所述圆柱杆置于所述顶压支柱锁紧螺母的螺纹孔内并与所述顶压支柱锁紧螺母螺纹固定；
[0010]所述球面补偿顶压支柱上部的圆柱杆横截面直径小于其底部的球面直径；
[0011]所述上端夹具法兰金属板的底部中心留有孔径大于所述圆柱杆横截面直径且小于所述顶压支柱锁紧螺母外径的圆形凹孔；所述圆柱杆伸入所述凹孔内；所述顶压支柱锁紧螺母与所述凹孔口贴合。
[0012]优选的，所述下端承重法兰组套包括竖直方向同轴设置的碟簧法兰定位块、对放碟簧组件和下端承重法兰金属板；
[0013]所述下端承重法兰金属板的中部留有通孔，所述通孔的竖直纵断面为阶梯形，其下部内径小于其上部内径，所述对放碟簧组件由不同规格标准的碟簧片沿竖直方向同轴对放组成；所述对放碟簧组件的外径大于所述通孔的下部内径且小于所述通孔的上部内径，以使所述对放碟簧组件同轴置于所述通孔内，所述碟簧法兰定位块包括一体成型且同轴设置的圆形水平定位台和圆柱形支柱，所述圆柱形支柱伸入所述碟簧组件的中部通孔内，所述水平定位台与所述碟簧组件的上表面贴合。
[0014]优选的，所述上、下方水冷散热组套包括竖直方向相互平行的其间夹有所述压接式IGBT封装模块的水冷散热器；所述水冷散热器为上下表面分别设有凸台的长方体，所述IGBT封装模块上下凸台表面分别与上下两个水冷散热器的凸台相贴合；
[0015]所述上方水冷散热组套通过中间引出排定位块与所述下方水冷散热组套相连；所述上方水冷散热组套的上、下表面分别与所述上端引出排的下表面、所述中间引出排定位块的上表面在水平面上相贴合，所述下方水冷散热组件的上、下表面分别与所述中间引出排定位块的下表面、所述下端引出排的上表面在水平面上相贴合；所述中间引出排定位块的侧部固定有水平方向的中间引出排。
[0016]进一步，所述水冷散热器的两侧分别安装有阻尼电阻组件，上下两个水冷散热器的阻尼电阻之间安装有电容组件；所述阻尼电阻组件包括阻尼电阻，所述电容组件包括电容，所述阻尼电组通过接线铜排与所述电容依次连接，所述阻尼电阻并联在所述IGBT封装模块的发射极与集电极之间。
[0017]进一步，散热器水路组件包括进水连接管、出水连接管、以及竖直方向的水冷进水主管路和水冷出水主管路；
[0018]所述水冷散热器的另一侧设有分别通过所述进水连接管和所述出水连接管与水冷进水主管路和水冷出水主管路相连的进水口和出水口；
[0019]所述水冷进水主管路和所述水冷出水主管路的两端分别通过水平定位杆与上端夹具法兰金属板的两侧以及下端承重法兰金属板的两侧固定，所述水冷出水主管路两端的水平定位杆之间还固定有竖直方向的导线槽组件；
[0020]所述水平定位杆分别通过高强度螺栓安装在所述上端夹具法兰金属板和所述下端承重法兰金属板的两侧。
[0021]进一步，所述上端夹具法兰金属板和下端承重法兰金属板为相互平行的水平长方形板，所述上端夹具法兰金属板和所述下端承重法兰金属板的四角处沿竖直方向分别设有四个通孔；
[0022]竖直绝缘支撑杆贯穿所述通孔安装于所述上端夹具法兰金属板和所述下端承重法兰金属板之间，其横截面直径为20mm-30mm，其两端分别留有纵向长度为90mm-110mm的外螺纹，并通过所述外螺纹与高强度螺栓固定；所述竖直绝缘支撑杆上端的螺栓与所述上端夹具法兰金属板的上表面贴合，其下端的螺栓与所述下端承重法兰金属板的下表面贴合；
[0023]所述上端夹具法兰金属板上还设有四个圆周等分布的螺孔，用于将所述法兰吊装结构组件通过高强度螺栓与所述上端夹具法兰金属板同轴固定。
[0024]进一步，所述凹孔的竖直纵断面为阶梯形，其上部内径略小于其下部内径，所述顶压支柱锁紧螺母的上部横截面外径略小于其下部横截面外径，所述顶压支柱锁紧螺母的上部横截面外径等于所述凹孔的下部内径，以使所述顶压支柱锁紧螺母的上部伸入所述凹孔的下部。
[0025]进一步，所述水冷散热器表面电镀镍，镀镍层厚度为8 ym-12 μπι。
[0026]优选的，所述上、下方水冷散热组套分别包括竖直方向平行设置的四个水冷散热器以及设于所述四个水冷散热器之间的三个IGBT封装模块，所述上方水冷散热组套的上方第一个水冷散热器的侧部通过竖直方向的短路板与第三个水冷散热器的侧部相连，所述上方水冷散热组套的第四个水冷散热器的侧部以及所述下方水冷散热器的下部三个水冷散热器的侧部分别安装有水平方向的驱动板。
[0027]与最接近的技术方案相比，本实用新型具有如下显著进步:
[0028](I)散热器水路组件、导线槽组件、电容组件、阻尼电阻组件直接安装在上、下水冷散热组套两侧，整体结构紧凑，制作和装配及拆卸检修更加简便、连接的可靠性更好、散热性能更好；
[0029](2)水冷散热器表面电镀镍，镀镍层厚度为8?12 μ m，这使得水冷散热器具有极佳的抗氧化和防腐蚀性能、以及超高的导电和导热性能，可很好的满足IGBT封装模块对散热器的要求；
[0030](3)竖直绝缘支撑杆设于上、下水冷散热组套四周、并通过8个高性能绝缘螺母固定在上端夹具法兰金属板和下端承重法兰金属板之间，可使上端夹具法兰组套、上、下水冷散热组套、下端承重法兰组套平行的表面平行度在0.1mm以内，可起到很好的定位作用。
[0031](4)竖直绝缘支撑杆用高性能增强纤维材料制作，杆直径为20?30mm，具有很好的耐高温特性，可在310°C高温下连续工作，其机械强度高、硬度和抗蠕变性高、热膨胀率低，电气绝缘性佳，可起到起到很好的定位绝缘功能；
[0032](5)下端承重法兰组套的对放碟簧组件采用新型组装结构，即将多片碟簧对放置于下端承重法兰金属板的中部通孔内，定