電力半導體器件綜合保護裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種電力半導體器件綜合保護裝置，應用于工業級電力半導體器件芯片封裝中，真正實現不依靠外圍電路，直接從芯片封裝成的器件完成綜合精準保護。提高了電力半導體器件的功率密度和可靠性。
【背景技術】
[0002]目前電力半導體器件主要有增強型可控硅(GTO)和高性能絕緣型晶體管（IGBT)。電力半導體器件失效、損壞主要形式有過溫、短路和過壓。造成電力半導體器件過溫損壞的是器件的熱疲勞現象，原因有散熱設計不當，驅動電路設計不合理，外界負載發生的變化等。形成電力半導體器件短路損壞的原因是負載絕緣不良，外界雜物引起的橋路短路等。造成電力半導體器件過壓損壞的原因是母線電壓上升，外來噪聲(雷電浪涌)和感性負載發生的關斷峰值電壓等。以上的失效損壞形式已經包含了電力半導體器件的95%以上的失效損壞范圍。
[0003]電力半導體器件必定是長期、高可靠工作，以確保安全。當前一般都在電力半導體器件外圍設置一些驅動電路，包括各種保護電路。但此類驅動電路或者專業IC驅動器并不與電力半導體器件在同一物理環境下工作。因此對器件所產生的各種失效損壞感應速度，綜合處理能力等存在不一致性。
【實用新型內容】
[0004]本實用新型的目的旨在提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，以克服上述現有技術的存在缺陷。
[0005]本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，包括，散熱器、安裝基板、電流感應傳感電路、感應PCB板、電力半導體器件;其中電力半導體器件具有引出端子;電力半導體器件固定在安裝基板;安裝基板固定在散熱器上；電流感應傳感電路套裝在引出端子上;感應PCB板固定在引出端子上。
[0006]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征:散熱器為凹字型散熱器。
[0007]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征:安裝基板為陶瓷覆銅板。
[0008]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征：電力半導體器件為增強型可控硅芯片組或高性能絕緣型晶體管芯片組。
[0009]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征:感應PCB板設置有過電壓保護電路和過溫保護電路。
[0010]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征:采用IC專用膠將器件封裝。
[0011]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征：電流感應傳感電路包括:調節電阻、輸出電阻、小型整流橋堆、單向觸發可控硅、電流感應傳感器和光耦;調節電阻并聯在電流感應傳感器的線圈的兩端;小型整流橋堆的輸入端與線圈的兩端相連，輸出端與光親的輸入端相連;單向觸發可控娃的正極與第一輸出端、光耦的一個輸出端相連；負極與第二輸出端相連、觸發極經過輸出電阻與光耦的另一個輸出端相連。
[0012]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征:過電壓保護電路包括壓敏電阻、限流電阻、雙向觸發二極管和發光二極管;壓敏電阻并聯在電力半導體器件上；限流電阻、雙向觸發二極管、發光二極管的正極串聯后，與壓敏電阻并聯。
[0013]進一步，本實用新型提供一種電力半導體器件綜合保護裝置，還可以具有這樣的特征:過溫保護電路包括兩個溫度傳感器，緊鄰電力半導體器件設置。
【附圖說明】
[0014]圖I是增強型可控硅的綜合保護裝置的結構示意圖。
[0015]圖2是增強型可控硅的綜合保護裝置的電路圖。
[0016]圖3是高性能絕緣型晶體管的綜合保護裝置的結構示意圖。
[0017]圖4是高性能絕緣型晶體管的綜合保護裝置的電路圖。
【具體實施方式】
[0018]下面結合附圖和具體實施例對本實用新型做進一步的描述。
[0019]實施例一
[0020]圖I是增強型可控硅的綜合保護裝置的結構示意圖。
[0021]如圖I所示，增強型可控硅的綜合保護裝置包括:凹字型散熱器1、焊錫層2、安裝基板(DBC)3、電流感應傳感電路4、感應PCB板5、引出端子6、內部連線7、增強型可控硅芯片組8組成。
[0022]先把增強型可控硅芯片組8固化焊接在安裝基板(DBC)3上，可按不同功能組成單芯組、雙芯組、四芯組、六芯組和七芯組。為了增強安裝基板(DBC)3的熱強度，不宜多芯同用一塊基板，最多不超過雙芯。再把已經焊接了芯片組的安裝基板(DBC)3通過中溫錫漿形成的焊錫層2固定在凹字型散熱器I上，能增加散熱面積，提高功率密度。以增強型可控硅芯片組8的引出端子6作為支撐，把電流感應傳感電路4套裝于上。再可根據不同的工作要求、功能需要，制作不同的感應PCB板5，本實施例中，過電壓保護電路和過溫保護電路就設置在感應PCB板5上。感應PCB板5也以增強型可控硅芯片8的引出端子6作為支撐，可多層，立體安裝，本實施例中，感應PCB板5為兩層，分別為過溫保護電路5-1和過電壓保護電路5-2。內部連線7為個電子元器件的連接線。最后用IC專用膠封裝完成。
[0023]圖2是增強型可控硅的綜合保護裝置的電路圖。
[0024]如圖2所示，以單個增強型可控硅芯片的電路連接進行說明，增強型可控硅芯片組8的單個GTO可控硅芯片GTO由二個單向可控硅SCRl、SCR2反向并聯構成。
[0025]過溫保護電路5-1包括第一溫度傳感器Rl和第二溫度傳感器R2。第一溫度傳感器Rl為PCT溫度傳感器，一端與第一輸入端Vin I相連，另一端與增強型可控娃芯片GTO的單向可控硅SCRl的觸發極相連。
[0026]第二溫度傳感器R2也為PCT溫度傳感器，一端與第二輸入端Vin2相連，另一端與增強型可控硅(GTO)芯片的單向可控硅SCR2的觸發極相連。第一溫度傳感器Rl、第二溫度傳感器R2分別設置在單向可控硅SCRl、SCR2的上方。
[0027]過電壓保護電路5-2包括:壓敏電阻R3、限流電阻R4、雙向觸發二極管Dl和發光二極管D2。
[0028]壓敏電阻R3并聯在增強型可控硅芯片GTO上，兩端分別與二個單向可控硅SCRl、SCR2的兩個輸出端連接點相連。
[0029]限流電阻R4、雙向觸發二極管D1、發光二極管D2的正極串聯后，與壓敏電阻R3并聯，也就是與增強型可控硅芯片GTO并聯。
[0030]電流感應傳感電路4包括:調節電阻R5、輸出電阻R6、小型整流橋堆D3、單向觸發可控硅SCR3、電流感應傳感器L和光耦IC。
[0031]電流感應傳感器L的線圈套在增強型可控硅芯片GTO的引出端子上即可。調節電阻R5并聯在線圈的兩端。小型整流橋堆D3的輸入端與線圈的兩端相連，輸出端與光耦IC的輸入端相連。單向觸發可控娃SCR3的正極與第一輸出端Voutl、光親IC的一個輸出端相連;負極與第二輸出端Vout2相連、觸發極經過輸出電阻R6與光耦IC的另一個輸出端相連。
[0032]兩個引出端子6分別與增強型可控硅芯片GTO的二個單向可控硅SCRl、SCR2的連接點相連。
[0033]增強型可控硅的綜合保護電路的工作過程：
[0034]由第一輸入端Vinl和第二輸入端Vin2端輸入一個開通或關斷的控制信號，通過第一溫度傳感器Rl、第二溫度傳感器R2，觸發二個單向可控硅SCRl、SCR2，也就是增強型可控硅芯片GT0，得到信號驅動導通或關斷工作主電路，PTC溫度傳感器R1、R2分別設置于二個單向可控硅SCRl、SCR2的上方，通過IC專用封裝膠熱傳導實時芯片工作溫度，使第一溫度傳感器Rl和第二溫度傳感器R2的電阻值隨芯片的工作溫度產生相應變化。一般最高設定溫度為120°C ο如超過這設定溫度點，單向可控硅SCRl、SCR2就關斷工作主電路。這也是一個自動尋找熱平衡工作電流的過程。即保證電力半導體芯片不會過熱損壞，又能自動平衡找到一個最佳工作點。
[0035]過電壓保護電路是由壓敏電阻R3、限流電阻R4、觸發二極管Dl和發光二極管D2組成的特殊顯示吸收電路構成，可吸收過高的電壓和外部環境產生的噪聲（雷電浪涌），還有感性負載發生的關斷峰值電壓等。還可實時顯示電力半導體器件的工作狀態。
[0036]過流(短路)保護電路是由電流感應傳感器L線圈套在SCRl、SCR2弓I出端子，可用一個，也可二個。調節電阻R5可調整電流感應傳感器L的感應線圈的輸出電壓，通過小型整流橋堆D3得到一個直流電壓，驅動光耦IC輸出，通過輸出電阻R6和單向觸發可控硅SCR3得到一個開關信號Voutl和Vout2，這是一個強制關斷信號，此信號由單向觸發可控硅SCR3單向觸發可控硅控制，根據此器件的工作特性得出結論，一旦發生過流(短路)狀態，器件內過流(短路)保護電路啟動工作后必需對控制負載停機檢修，并關斷輸入控制信號才能工作，要有一個重啟過程，確保安全。過流(短路）啟動工作電流可根據不同電力半導體芯片額定容量設定為150%、200%、300%等，以避免可能產生過多的誤動作。
[0037]實施例二
[0038]圖3是高性能絕緣型晶體管的綜合保護裝置的結構示意圖。
[0039]如圖3所示，高性能絕緣型晶體管的綜合保護裝置包括:凹字型散熱器1、焊錫層2、安裝基板(DBC)3、電流感應傳感電路4、感應PCB板5、引出端子6、內部連線7、高性能絕緣型晶體管芯片組8組成。
[0040]高性能絕緣型晶體管的綜合保護裝置與增強型可控硅的綜合保護裝置的結構基本相同，不再詳細描述。不同點在于該裝置保護的是高性能絕緣型晶體管和輸入溫度保護方法略有區別，具體電路如下：
[0041 ]圖4是高性能絕緣型晶體管的綜合保護裝置的電路圖。
[0042]如圖4所示，高性能絕緣型晶體管的綜合保護裝置的電路，同樣由過溫保護電路5-
1、過電壓保護電路5-2和電流感應傳感電路4構成。
[0043]過溫保護電路5-1包括第一溫度傳感器Rl和第二溫度傳感器R2。第一溫度傳感器R