一种半导体阀串的压装装置及压装方法与流程

本发明涉及一种半导体阀串的压装装置及压装方法。

背景技术：

目前，我国已建成南澳三端±160kV、舟山五端±200kV柔性直流输电工程，但由于缺乏核心装备——直流断路器，其工程的优势并未发挥出来。直流断路器是柔性直流输电工程中的核心设备，主要由压接式IGBT阀串构成。

目前IGBT等大型半导体器件在进行模块化集成时，主要采用人工堆积、竖直压装的方式，授权公告号为CN204832258U，授权公告日为2015.12.02的中国实用新型专利公开了一种大功率压接式IGBT封装模块压装测试夹具，包括由下至上依次压接的第一固定板组套、第一导电板、第一水冷散热组套、第二导电板、第二水冷散热组套、第三导电板和第二固定板组套，该夹具是将待压接封装的IGBT、导电板以及散热器等器件按照一定的顺序堆叠放置在第一固定板和第二固定板之间，其中顶部的第二固定板上设置有顶压柱，底部的第一固定板作为支撑板要求其底面必须具有一定的平面度。为了便于夹具的移动及测试，在第二固定板上还开设有纵向贯穿的圆周均布的吊装固定孔，用于将夹具吊装起来。使用时，利用液压泵对顶压柱施加向下的压力，该压力传递到导电板、散热器以及IGBT等器件上，并利用垫片塞进打压时产生的间隙中，使得压力能够保持住，从而实现模块的压接封装。

由于压接式IGBT阀串在封装时对装配精度的要求极高，而上述封装方式在操作时是将器件自下而上依次放置在底部的第一固定板上，众所周知，压接式IGBT阀串中待压接的IGBT及散热器的数量是比较多的，尤其是大功率的压接式IGBT阀串，其数量更多。这时如果采用这种人工竖直堆积的方法，上部的器件以下部的器件为基准进行放置，随着器件增多，将会形成公差累积，各器件的装配中心不在同一竖直线上，装配精度难以保证，从而造成同一型号的IGBT阀串之间差别较大，集成模块的标准化程度较低。同时，由于器件的数量较多，随着模块高度的增加，必然会增加运输路径，从而造成劳动强度较大且装配效率低。

另外，由于现有技术中采用的是竖直装配，在装配完成后还需要将整个装置吊装移动至压力机上，这样就大大影响生产效率，同时IGBT阀串在移动过程中可能会使各器件的装配精度遭到破坏，从而影响压装后的精度，且由于IGBT阀串的高度较高，这样在竖向加压时，整个模块在压装过程中存在不稳定性。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种无需吊装移动半导体阀串、压装效率高的半导体阀串的压装装置；本发明的目的还在于提供一种上述半导体阀串的压装方法。

为了解决上述技术问题，本发明中半导体阀串的压装装置的技术方案为：

一种半导体阀串的压装装置，包括设置在机架上的水平工作台，水平工作台上设置有用于对待压装的半导体阀串中各器件进行导向和支撑的导向支撑结构，机架上于导向方向的一端设置有施力机构，所述施力机构的施力方向与导向方向相同。

所述导向支撑结构包括设置在水平工作台上的导轨以及导向移动装配在所述导轨上的半导体支撑座和散热器支撑座，所述半导体支撑座和散热器支撑座的个数和顺序均与待压装的半导体阀串中相应器件的个数和顺序一致。

所述导向支撑结构还包括导向移动装配在导轨上的绝缘盘支撑座和压力自适应组件支撑座。

所述半导体支撑座、散热器支撑座、绝缘盘支撑座以及压力自适应组件支撑座与导轨上设置有用于防止各支撑座脱出导轨的防脱结构。

所述导轨的截面呈矩形，半导体支撑座、散热器支撑座、绝缘盘支撑座以及压力自适应组件支撑座上均设置有与导轨导向滑动配合的滑槽，所述防脱结构包括穿设在各支撑座中的防脱件以及设置在导轨侧面的与所述防脱件配合的防脱槽。

所述防脱件包括与各相应支撑座螺纹连接的螺杆，螺杆的螺纹段端部连接有弹簧，弹簧的另一端连接有球，所述球与滑槽滑动配合以防止各相应支撑座脱出导轨。

本发明中半导体阀串的压装方法的技术方案为：

一种半导体阀串的压装方法，半导体阀串中的各器件按照顺序放置在水平工作台上，在导向方向上对半导体阀串进行施压，使其达到设定压力，在施压后半导体阀串中的空出部位装上垫片，以保持所述设定压力。

在水平工作台上设置导向支撑结构，以对半导体阀串中各器件进行导向和支撑。

采用液压缸在导向方向上对半导体阀串进行施压，根据需要控制施压的压力大小和速度。

本发明的有益效果在于：机架上设置有水平工作台，水平工作台上设置有对半导体阀串中各器件进行导向和支撑的导向支撑结构，这样也就意味着，半导体阀串中的各器件可以水平放置在导向支撑结构上进行装配，相比竖直堆积的放置方法，这种放置方法减少了运输路径，因此劳动强度低，同时装配效率高。机架上于导向方向的一端设置有施力机构，所述施力机构的施力方向与导向方向相同，这样半导体阀串在装配完成后就不需要再进行吊装移动，直接利用施力机构就可以进行压力加载，这样不但大大提高了压装效率，同时还提高了整个压装操作的自动化程度，另外还避免了半导体阀串在吊装移动过程中各器件的装配精度遭到破坏，从而有效保证了压装后的精度。同时，水平放置的半导体阀串高度大大降低，从而使半导体阀串的压装稳定性大大提高。

附图说明

图1为本发明中半导体阀串的压装装置的立体结构图；

图2为半导体阀串的立体结构图；

图3为图2的剖切图；

图4为半导体阀串的压装装置的主视图；

图5为半导体阀串中第一散热器与导轨装置的配合示意图；

图6为图4中的局部放大图；

图7为半导体阀串中第二散热器与导轨装置的配合示意图；

图8为半导体阀串压装集成用导轨装置中半导体支撑座的结构示意图；

图9为半导体阀串压装集成用导轨装置中绝缘盘支撑座的结构示意图；

图10为半导体阀串压装集成用导轨装置中压力自适应组件支撑座的结构示意图。

图中：1.水平工作台；2.机架；3.压力自适应组件支撑座；4.绝缘盘支撑座；5.散热器支撑座；6.半导体支撑座；7.导轨；8.支撑横梁；9.静端固定板；10.碟簧；11.绝缘盘；12.绝缘拉杆；13.动端固定板；14.动端适配器；15.垫片；16.应力锥；17.第二散热器；18.IGBT；19.第一散热器；191.接线端子；20.压力自适应锥窝；21.压力自适应锥头；22.固定螺母；23.防脱件；231.螺杆；232.弹簧；233.钢球；24.固定螺钉；251.微调手柄；252.固定座一；253.推杆；254.静压板；261.活塞杆；262.压力传感器；263.固定座二；264.液压缸。

具体实施方式

半导体阀串的压装装置的一个实施例如图1~图9所示，包括设置在机架2上的水平工作台1，水平工作台1上设置有用于对待压装的半导体阀串中各器件进行导向和支撑的导向支撑结构，所述导向支撑结构包括设置在水平工作台1上的导轨7以及导向滑动装配在所述导轨7上的用于对半导体进行定位支撑的半导体支撑座6，在该实施例中，所述半导体为IGBT18，所述半导体阀串即为IGBT阀串，半导体支撑座6上具有与IGBT18的底部形状相吻合的半导体支撑面。导轨7上还导向滑动装配有用于支撑半导体阀串中相应散热器的散热器支撑座5，所述散热器包括第一散热器19和第二散热器17，由于第一散热器19和第二散热器17的被支撑的底部外形和大小均相同，所以两种散热器的支撑座是相同的，均为散热器支撑座5，散热器支撑座5上具有与第一散热器19和第二散热器17的底部形状相吻合的散热器支撑面。

另外，由于第一散热器19的底部具有接线端子191，为了方便散热器支撑座5对于第一散热器19的支撑，在散热器支撑座5上还设置有用于接线端子191穿过的穿孔，由于所述接线端子191较长且散热器支撑座5的高度较小，接线端子191穿过所述穿孔后仍然有部分凸出于散热器支撑座5的底部，因此在导轨7和水平工作台1上也开设有对应的接线端子穿孔，以方便第一散热器19能够随散热器支撑座5沿导轨7滑动。第二散热器17在放置时其接线端子不会穿过散热器支撑座5，由于具有穿孔的散热器支撑座5并不影响对第二散热器17的支撑，因此两种散热器采用相同的支撑座即可。

由于半导体阀串中IGBT18位于相邻的第一散热器19和第二散热器17之间，所以相应的，半导体支撑座6位于相邻的两个散热器支撑座5之间。一般情况下，半导体阀串中待压装器件的数量是比较多的，半导体支撑座6和散热器支撑座5的个数和顺序均与待压装的半导体阀串中相应器件的个数和顺序一致，即半导体支撑座6和散热器支撑座5按照对应的数量和位置关系设置在导轨7上，两端最外侧均为散热器支撑座5。

根据半导体阀串的结构，导轨7上于一侧端部的散热器支撑座5的外侧还导向滑动装配有用于支撑绝缘盘11的绝缘盘支撑座4、导轨7上于另一侧端部的散热器支撑座5的外侧还导向滑动装配有用于支撑压力自适应组件的压力自适应组件支撑座3，绝缘盘支撑座4上具有与绝缘盘11的底部形状相吻合的绝缘盘支撑面，压力自适应组件支撑座3上具有与压力自适应组件的底部形状相吻合的压力自适应组件支撑面。所述压力自适应组件包括压力自适应锥窝20和压力自适应锥头21，压力自适应锥头21上设置有锥形凸面，自适应锥窝20上设置有与所述锥形凸面凹凸配合的锥形凹面，由于压力自适应锥窝20和压力自适应锥头21的被支撑的底部外形和大小均相同，所以两者的支撑座是相同的，均为压力自适应组件支撑座3，相应的，压力自适应组件支撑座3有两个。

所述半导体支撑座6、散热器支撑座5、绝缘盘支撑座4、压力自适应组件支撑座3与导轨7上设置有用于防止各支撑座脱出导轨7的防脱结构。导轨7的截面呈矩形，半导体支撑座6、散热器支撑座5、绝缘盘支撑座4、压力自适应组件支撑座3上均设置有与导轨7导向滑动配合的滑槽，所述防脱结构包括穿设在各相应支撑座中的防脱件23以及设置在导轨7侧面的与所述防脱件23配合以防止各支撑座脱出导轨7的防脱槽。如图5所示，在该实施例中，所述防脱件23包括与各相应支撑座螺纹配合的螺杆231，螺杆231的螺纹段端部连接有弹簧232，弹簧232的另一端连接有钢球233，所述滑槽为V形滑槽，钢球233与V形滑槽滑动配合以防止各相应支撑座脱出导轨7。另外，导轨7是通过固定螺钉24固定在水平工作台1上的，也就是说，可以根据半导体阀串的长度，选择合适长度的导轨7，导轨7可拆卸更换，这样就使得压装装置的适用范围更加广泛。

防脱件23的结构设计不但可以实现防脱作用，同时由于弹簧232和钢球233的存在，在安装支撑座时，可以从上往下使钢球233先与导轨7接触，继续往下施力时，弹簧232被压缩，钢球233缩回，当支撑座安装到导轨7后，钢球233又被弹出，防止支撑座脱出导轨，这样就实现了支撑座的快速安装和拆卸，从而提高整个压装操作的效率。

各支撑座与导轨7依靠各自的加工精度保证导向滑动配合的精度，半导体支撑面、散热器支撑面、绝缘盘支撑面以及压力自适应组件支撑面也均靠加工精度来保证与相应的被支撑器件的底部形状相吻合，半导体支撑面、散热器支撑面、绝缘盘支撑面以及压力自适应组件支撑面的高度满足在IGBT18、第一散热器19、第二散热器17、绝缘盘11以及压力自适应组件放置在相应支撑座上后，它们的装配中心位于同一水平线上，其精度误差≤1mm，通过装配精度的控制，可以提高压装集成后模块的标准化程度。

根据待压装半导体阀串中被支撑器件的大小，在该实施例中，所述半导体支撑座6、散热器支撑座5、绝缘盘支撑座4以及压力自适应组件支撑座3的厚度分别为26mm、28mm、35mm、23mm，当然，各支撑座的形状和规格并不局限于本实施例中的参数，因为不同的半导体阀串中待压装器件的种类、形状和大小是不同的，因此可以根据实际需要，事先将相匹配的支撑座制作好，并准备足够的数量，这样在使用时，就可以根据实际情况，直接选择匹配的支撑座，利用弹簧和钢球的结构实现支撑座的快速装配。

半导体阀串的压装装置还包括设置于水平工作台1上于导向方向一端的用于对半导体阀串的一端施加水平压装力的施力机构，该施力机构为液压机，所述液压机包括液压缸264和与液压缸264相连的液压泵（图中未示出），所述液压缸264通过固定座二263固定在水平工作台1上，所述液压机还包括用于调节液压泵压力和控制液压缸264动作的操纵台（图中未示出），液压缸264的活塞杆261上设置有与操纵台信号连接的压力传感器262。

为了保证半导体阀串在压装时阀串结构的稳定，确保压装操作顺利进行，在水平工作台1上于导向方向的另一端设置有用于在施力机构对半导体阀串的一端施压时、对半导体阀串的另一端进行支撑的支撑机构，该支撑机构包括固定在水平工作台1上的固定座一252，固定座一252上设置有推杆253，推杆253的一端连接静压板254、另一端连接有微调手柄251，通过旋转微调手柄251可以调整静压板254的位置，使之与半导体阀串接触。上述固定座一252和固定座二263的位置均是可调的，这样就可以根据半导体阀串的长度，将两个固定座固定在合适的位置，从而保证静压板254能够起到支撑作用，同时保证施力机构能够顺利施加压力。

本发明中半导体阀串的压装方法是结合上述压装装置实施的，其具体步骤为：第一步，按照半导体阀串中各器件的图纸顺序，将相应的支撑座放置在水平工作台的导轨7上。其中两个散热器支撑座5中间是半导体支撑座6，两端最外侧均是散热器支撑座5，然后将压力自适应组件支撑座3放在一端的散热器支撑座5外侧、将绝缘盘支撑座4放在另一端的散热器支撑座5外侧。

第二步，将各器件放置在对应的支撑座上。其中，第一散热器19、第二散热器17、IGBT18、压力自适应锥窝20、压力自适应锥头21以及绝缘盘11分别放置在对应的支撑座上。

第三步，将半导体阀串两端的端板即动端固定板9和静端固定板13分别通过各自板体上的固定孔固定在水平工作台1上，并将绝缘拉杆12通过固定螺母22固定在两端板之间，根据不同型号的半导体阀串，动端固定板9和静端固定板13之间的距离是不一样的，该距离在500~1800mm可调，固定精度≤5mm。在两端板固定的过程中，需将碟簧10套设在压力自适应锥头21的圆柱段上，并使该圆柱段穿过动端固定板9，同时将应力锥16装配在绝缘盘11内，在应力锥16的圆柱段上套设动端适配器14，动端适配器14具有台阶面，其小径段穿过静端固定板13，其大径段与静端固定板13挡止配合，至此完成了半导体阀串的装配。

第四步，通过微调手柄251旋转推杆253，从而调节静压板254的位置，使静压板254与静端固定板13接触，然后开启压力机，通过操纵台调节液压泵的压力，为下一步压力加载做好准备。根据半导体阀串的规格，使液压泵的压力调节至合适的档位，其中压力可调档位有6T、6.5T、7T、7.5T、8T、8.5T，以适用于不同压力等级的半导体阀串。另外，操纵台上具有数显压力显示，并能保证数显压力与实际压力控制精度误差不超过1%。

第五步，启动液压机快速行程按钮，待液压缸的活塞杆261快接触动端适配器14时，启动慢速行程按钮，使活塞杆261慢慢穿过动端适配器14并与应力锥16的端部接触进行压装，其中压装最慢速度≤1mm/S，压装最快速度为5mm/S。

第六步，随着压力的加载，各器件随相应的支撑座向静端固定板13一侧移动，各器件之间的间隙被填满，应力锥16与动端适配器14之间逐渐出现间隙，碟簧10被压缩，压力自适应锥窝20和压力自适应锥头21的凹凸配合能够自适应调整位置使压力均匀，当压力达到设置值后开始保压，这时在产生的间隙中塞入合适厚度的垫片15。

第七步，启动液压机慢速回程按钮，待液压缸的活塞杆261退出动端适配器14后，启动快速回程按钮，使活塞杆261快速回到初始位置，其中泄压最慢速度≤1mm/S，最快速度5mm/S。

第八步，为了保证压装的效果，在动端固定板9和静端固定板13之间固定支撑横梁8，用于对各器件进行支撑和定位。

由于各器件是在水平方向上依次放置，相比竖直堆积的放置方法，这种放置方法减少了运输路径，因此劳动强度低，同时装配效率高。而且装配后的半导体阀串不需要再进行吊装移动，直接利用水平工作台上的施力机构就可以进行压力加载，这样不但将低了劳动强度，还大大提高了整个压装操作的自动化程度以及压装效率，同时还避免了半导体阀串在吊装移动过程中各器件的装配精度遭到破坏，从而有效保证了压装后的精度。同时，各器件水平放置，并利用施力机构水平试压，整个模块的高度大大降低，使模块在压装过程中的稳定性大大提高。

另外，每一个器件均依靠与之相匹配的支撑座来保证装配精度，并最终保证半导体阀串的装配精度，相比竖直堆积时上部的器件以下部的器件为基准进行放置而言，本发明不会形成公差累积，有效保证了装配精度，同一型号的半导体阀串差别小，集成模块的标准化程度高。

此外，由于不同型号的半导体阀串其压装压力是不同的，而本发明中施力机构的加载压力以及加载速度均可以调节，这样就很好地保证了不同半导体阀串的压装压力可调，防止压力过高时损坏半导体元件，压力过低时造成均压不一致，影响电子器件的使用性能。

在半导体阀串压装集成用导轨装置的其他实施例中：所述半导体也可以是晶闸管，此时半导体阀串即为晶闸管阀串；施力机构可以不和导向支撑结构固定在同一水平工作台上，施力机构也可以直接固定在机架上；施力机构也可以是气动缸；支撑结构可以不是导轨和支撑座，也可以是固定在水平工作台上的支撑导向杆，支撑导向杆与各器件支撑导向配合，在压装时，各器件直接在支撑杆上导向滑动；导轨与各支撑座也可以是导向滚动配合；导轨和水平工作台上可以不设置供第一散热器的接线端子穿过的接线端子穿孔，可以只在散热器支撑座上设置穿孔，此时需要将散热器支撑座的高度适当增加，使接线端子不穿出散热器支撑座；防脱件中球的材质也可以是塑料的；防脱件可以只是一个螺杆，螺杆的端部直接与滑槽配合以防止相应支撑座脱出导轨；防脱结构也可以是设置在导轨上的燕尾块结构以及设置在各支撑座上的燕尾槽；根据半导体阀串的实际结构，绝缘盘支撑座和压力自适应组件支撑座也可以是用于支撑其他相应器件的支撑座，或者半导体阀串压装集成用导轨装置根本不包括绝缘盘支撑座和压力自适应组件支撑座。