[发明专利]一种改进的半导体元件与热管散热器基板的压装定位结构

说明书

技术领域

本发明属于机车整流装置的功率器件的散热技术，具体涉及一种改进的半导体元件与热管散热器基板的压装定位结构。

背景技术

机车大功率整流装置中使用半导体元件作开关器件，为了减少单个桥臂元件并联的数量，均趋向于使用大元件，如电力机车用整流装置由原来一个桥臂用6个2英寸晶闸管串、并联，到现在的一个桥臂只用一个5英寸晶闸管，单个半导体元件的发热功耗达数千瓦。所以，要求配套的散热器有更高的散热能力，同时必需减小半导体元件与散热器之间的接触热阻。其压装定位结构一般采用经典的钢珠加碟形弹簧组成的弹性压装组件，用4根(或2根)螺杆两端螺母紧固的方式，将半导体元件与散热器的基板紧密压在一起，在散热器的基板上对应螺杆的位置开孔，既可穿过螺杆，同时依靠螺杆定位散热器。

目前，在机车上使用大功率开关元件，配套的散热器已在使用热管散热器，如图1所示，由圆形热管12、散热翅片13和基板2组成。散热器基板上开了4个紧固螺杆过孔14，穿过紧固螺杆和依紧固螺杆定位，由于大功率开关元件的尺寸大，导致紧固用螺杆之间的距离也大，所以热管散热器的基板也必须做大，为了减轻重量和降低成本，基板材料只能采用铝合金。还有一个容易发生问题就是紧固压力有部分消耗在紧固螺杆与基板之间的静摩擦力上，导致基板与开关元件之间的接触压力降低和不均匀。综合来讲，其不足之处就是，受重量和成本的限制基板不能采用导热性能最好的铜，同时，因紧固螺杆与基板之间的静摩擦力降低基板与开关元件间的接触压力和均匀性，这些都使大功率开关元件与基板之间的接触热阻大，满足不了散热要求。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有的大功率元件与热管散热器的压装定位方式所带来的接触热阻大的问题，而提供一种改进的半导体元件与热管散热器基板的压装定位结构从而显据地降低接触热阻，最佳地满足机车整流装置上大功率半导体元件的散热要求。

本发明的目的是通过下述技术方案实现的：

本发明改进的半导体元件与热管散热器基板的压装定位结构，包括热管散热器基板、位于基板之间的半导体元件、固定在基板上的对外导电连接板、将基板与半导体元件紧固的弹性压装组件；所述弹性压装组件通过其上的支撑部件固定在整流装置上；所述热管散热器基板位于弹性压装组件中的紧固螺杆之间形成的区域内；热管散热器基板上设有定位部件与半导体元件的中心孔相配合，对外导电连接板上至少设有一个紧固螺杆过孔。

所述热管散热器基板上的定位部件为设在其中心孔中的定位销钉，使得整个压装定位结构都在中心位置定位。

导电连接板上的紧固螺杆过孔可以根据需要在与所述中心孔的连线方向开长孔。

热管散热器的基板与对外导电连接板可以焊接也可以用螺纹销钉定位叠在一起。

本发明通过将原来热管散热器的基板在压装组件中依靠穿过其的紧固螺杆定位方式，改变为取消在基板上开紧固螺杆过孔，紧固螺杆不从其穿过，仅利用半导体元件的中心孔和对外导电连接板的紧固螺杆过孔两点进行定位，因此可以大大减少热管散热器基板的尺寸，从而可以采用导热性能极佳的铜。同时两点定位不会有任何干涉的问题发生，所以不会产生紧固螺杆与基板之间的静摩擦力，能保证压力完全传递到接触面，从而显著地降低接触热阻。因为热管散热器的基板尺寸大大减小，所以采用了导电性能优异的紫铜，对降低接触热阻非常有利，而且在压力的传输过程中无定位干涉产生的静摩擦力损耗。通过这种改进，接触热阻由原来的0.005K/W(双面)降低到0.002K/W，满足了实际应用的需求。

下面结合附图进一步说明本发明的技术方案，

附图说明

图1是现有的半导体元件与热管散热器基板的压装定位结构示意图。

图2是本发明的半导体元件与热管散热器基板的压装定位结构示意图。

图3是图1的俯视图。

图中：1、硅整流元件，2、热管散热器基板，3、对外导电连接板，4、紧固螺杆，5、簧板，6、碟簧，7、钢珠，8、绝缘件，9、支撑部件，10、紧固螺母，11、定位销钉，12、圆形热管，13、散热翅片，14、紧固螺杆过孔。

具体实施方式

图2、图3给出了本发明的一个实施例的结构示意图，可应用于国产韶山型系列电力机车和内燃机车整流装置。