具有弹簧装置的夹紧组件的制作方法

本实用新型涉及一种夹紧组件，其具有机械地拉紧的、以堆叠方式叠置的构件的结构，具有弹簧装置以及用于在构件的结构上产生机械压力的夹紧装置。

背景技术：

这种夹紧装置例如用于高压技术中。在高压技术中尤其将半导体构件相互夹紧，以便在它们之间实现尽可能好的导电接触。

已知的夹紧组件大多通过机械元件夹紧，例如适当的螺纹系统。向构件结构上的压力传递大多通过一个或多个螺栓元件点状地进行并且通过压力件大面积地分布，由此将构件压紧在夹紧组件中。

在S.Eicher等人的文献“4.5kV Press Pack IGBT Designed for Ruggedness and Reliability”，IAS Seattle 2004中描述了一种IGBT模块(所谓的压装模块)，其具有平行布置的IGBT芯片单元，它们容纳在共同的壳体中。所述壳体具有在多个芯片单元上延伸的上部和下部导板，它们将由共同的夹紧装置产生的机械力传递至芯片单元。每个芯片单元构成以堆叠方式叠置的构件的结构。在此，每个构成芯片单元的结构配置有单独的膜片单元。然而，借助各膜片弹簧(亦称“盘形弹簧”或“碟形弹簧”)在单独芯片单元的压紧表面上的压力分布相对不均匀。

然而，随着压紧构件的增大的面积，压力分布的均匀性有重要作用。如果还使用了薄而脆的构件，如半导体芯片，则均匀的压力分布具有决定性作用。在这些情况下，不均匀性可能导致构件的损坏和失灵。

技术实现要素：

因此，本实用新型所要解决的技术问题在于，建议一种上述类型的夹紧组件，其中压力的传递是尽可能均匀的。

该技术问题按本实用新型通过一种夹紧组件解决，其中，弹簧装置是由 多个并列布置并且相互连接的膜片弹簧元件构成的弹簧板。

按照本实用新型的结构的相互连接的膜片弹簧元件这样将通过夹紧装置施加的压力传递至结构的构件上，使得压力相对均匀地分布在结构构件的朝向弹簧板的整个表面上。这种效果尤其与构件表面的面延展或面尺寸无关，因为弹簧板可以相应地扩展，其中，膜片弹簧元件的数量也可以随着面延展而成比例缩放或调整。

以适当的方式将膜片弹簧元件成型为锥形的环壳，它们具有上部内边缘以及下部外边缘，其中，沿着环壳的对称轴导入力。膜片弹簧元件以适当的方式在下部外边缘处相互连接。

按照本实用新型的一种优选实施形式，夹紧组件包括压力件，用于将机械压力从夹紧装置传递至构件的结构。弹簧板布置在压力件与构件之间。在此有利的是，弹簧板以膜片弹簧元件的上部内边缘指向压力件。压力件例如可以具有锥形形状或者梯形形状，通过适当成型的压力件能够特别面状均匀地将压力从夹紧装置传递至构件。压力件的基础面以适当的方式压靠在结构的几何形状上。

优选地，膜片弹簧元件具有不同的弹簧特性。膜片弹簧元件的不同弹簧特性使得压力传递能够特别好地与相应的要求适配。

特别有利的是，至少一个膜片弹簧元件具有递减的弹簧特性。所述递减的弹簧特性指的是膜片弹簧元件相对于作用在膜片弹簧元件上的力超比例地被镦压。

按照本实用新型的一种优选实施形式，所述结构包括布置在两个构件之间的另外的弹簧板。通过使用另外的弹簧板，能够进一步改善压力传递的均匀性。当然可以考虑的是，此外再在夹紧组件中设置弹簧板。

一些构件例如可以是导电构件，其中，通过导电构件的压紧表面在它们之间建立导电接触。

按照本实用新型的一种优选实施形式，所述结构包括具有平行布置的压装半导体的半导体元件。因此，半导体元件由并列布置的半导体模块组成。半导体模块构成导电构件的并联。例如在此可以是IGBT半导体、二极管或者晶闸管元件。这些半导体模块的表面可以例如具有6至9mm的直径。待压紧的构件表面可以在400至1000cm²之间。

为了冷却半导体元件，所述结构还有利地包括至少一个由传导材料制成 的冷却板，其中，所述至少一个冷却板贴靠在半导体元件上地布置，因此在半导体元件与冷却板之间存在导电连接。冷却板用于排走在半导体元件中产生的热。所述热尤其由于半导体元件的导通电阻产生。以适当的方式，冷却板由导热的、优选导热良好的材料、如金属或者金属合金制成。

所述结构也可以包括多个半导体元件，其中，每个半导体元件配置有至少一个冷却板并且半导体元件形成串联电路。

特别优选的是，每个半导体元件配置有两个冷却板，所述冷却板布置在半导体元件的两侧。以此方式可以在半导体元件的两侧进行热量排放。因为冷却板由传导材料制成，所以能够借助冷却板在半导体元件之间建立导电接触。为了改善向半导体元件的压力传递，所述结构可以包括布置在两个冷却板之间的附加的弹簧板。

特别优选的是，设有与所述压力件对置地布置的对应压力件，其中，补充的弹簧板布置在对应压力件与构件之间。补充的弹簧板可以布置为，使得补充的弹簧板的膜片弹簧元件相对于弹簧板逆时针地定向。

本实用新型还涉及一种变流器的子模块，其具有功率半导体开关单元的至少一个串联电路和相对于其并联布置的能量存储器，所述功率半导体开关单元分别具有通过方向相同的能够打开和关闭的功率半导体并且分别能够与所述通过方向相反地导电。这种子模块例如由DE 101 030 31A1已知。

由已知的子模块出发，本实用新型所要解决的另一技术问题在于，建议一种上述类型的尽可能少出错的子模块。

所述技术问题按照本实用新型通过一种本实用新型所述类型的子模块解决，其中，在前述夹紧装置中实现功率半导体开关单元的串联电路。通过借助弹簧板压紧功率半导体开关单元，可以减少损坏的风险并且由此减少半导体由于不均匀的压力分布出错的风险。

附图说明

以下根据在图1-5中示出的实施例进一步阐述本实用新型。

图1以侧横截面示意图示出按照本实用新型的夹紧组件的一个实施例；

图2示出图1的夹紧组件的弹簧板的立体图；

图3以示意图示出图1和2的膜片弹簧元件的侧视图；

图4示出图1至3的膜片弹簧元件31在负荷位置中的侧视图；

图5以示意图示出按照本实用新型的子模块的一个实施例。

具体实施方式

在图1中详细示出按照本实用新型的夹紧组件的一个实施例。夹紧组件1包括构件3、4、5、6、7、8和9的结构2。构件3-9以堆叠方式叠置。在此，构件3-9构成柱状结构2。构件的结构2借助在图1中没有图形示出的夹紧装置机械地夹紧，其中，在结构2上作用压力，所述压力在图1中借助箭头10表示。在图1所示的实施例中，压力可以是10-12t*g。梯形的压力件11将力从夹紧装置传递至结构。详细地，结构包括第一弹簧板3、第一冷却板4、第一半导体元件5、第二冷却板6、第二弹簧板7、第三冷却板8以及第二半导体元件9。结构2还包括其它构件，它们在图1中布置在第二半导体元件9下方，然而在图1中没有图形示出。借助对应压力件实现的整个结构2的机械夹紧力也没有在图1中图形示出。然而在本实施例中规定，与所示的结构2的上半部分镜像对称地构造夹紧组件。

在图2中示出图1的弹簧板3的立体图。按照夹紧组件1的图1所示的实施例，弹簧板3和7设计为相同类型。弹簧板3具有十六个膜片弹簧元件31，其中，所述膜片弹簧元件31按照图2所示的实施例全部构造相同。每个膜片弹簧元件31具有上部内边缘32以及下部外边缘33。膜片弹簧元件31在其下部外边缘33处相互连接，因此它们形成弹簧板3。在图2所示的实施例中，弹簧板的基面是正方形的。然而有意义的是，所述基面与结构2的基面适配。它也可以例如是矩形或者圆形的。弹簧板3的膜片弹簧元件31具有不同的弹簧特性，如果其对于夹紧组件1的使用有意义的话。例如，弹簧板3的边缘上的十二个膜片弹簧元件31具有和其余四个膜片弹簧元件不同的弹簧特性。

在图3和4中进一步阐述膜片弹簧元件31之一在力载荷时的特性。

图3示出在未负载状态中的膜片弹簧元件31，也就是没有力从夹紧装置传递至弹簧板3上。在图3中，膜片弹簧元件31的下部外边缘33与上部内边缘32之间的距离在该未负载状态中以x1表示。

在图4中可以看出，在负载状态中，上部内边缘32与下部外边缘33之间的距离减小。减小的距离在图4中以x2表示。距离的差x1-x2与作用在膜片弹簧元件31上的载荷压力的关联称为弹簧特性。

在图5中示出按照本实用新型的子模块12的一个实施例。子模块12设计为双极的，其中，子模块12的极或者接线端子在图5中通过附图标记13和14表示。子模块12形成没有图形示出的变流器的一部分，其中，多个与子模块12相同类型地构造的子模块串联连接。子模块12具有功率半导体开关单元15的串联电路，其中，两个功率半导体开关单元15中的每个包括可打开和关闭的功率半导体开关16和与之逆时针地并联连接的二极管17。子模块12还包括存储电容器18，其与功率半导体开关单元15的串联电路并联地布置。功率半导体开关单元15的串联电路以图1至4所示的夹紧组件1的形式设计。

附图标记清单

1 夹紧组件

2 装置

3 弹簧板

4、6、8 冷却板

5、9 半导体元件

10 箭头

11 压力件

12 子模块

13、14 接线端子

15 功率半导体开关单元

16 功率半导体

17 二极管

18 能量存储器

31 膜片弹簧元件

32 上部内边缘

33 下部外边缘