專利名稱：一種良好溫度特性的整流模塊的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體整流模塊性能改進(jìn)和相應(yīng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計方式，屬于半導(dǎo)體整流器領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
以往的半導(dǎo)體整流管及大電流整流模塊，大量使用的都是硅二極管，它們的正向?qū)ㄌ匦远际秦?fù)溫度系數(shù)特性。也就是說，隨著溫度升高，二極管的正向電壓降會下降。例如，整流二極管常溫下開始使用時管壓降是0. 7V，用了幾個小時后，由于溫度升高，有可能管壓降變?yōu)?.6V。這樣的管壓降變化在單管使用情況下，對設(shè)備影響不大。而在大電流設(shè)備上，因電流大，需要多管并聯(lián)使用。各管在設(shè)備上的散熱情況又不相同，有的溫度高，有的溫度低，溫度高的管子因負(fù)溫度特性，管壓降變小，即內(nèi)阻變小，造成電流變大。而電流變大的管子又進(jìn)一步使溫度升高，形成惡性循環(huán)，最終有可能造成這個管子因過大的電流而燒毀。這一個大電流下整流模塊并聯(lián)使用的麻煩問題，一直沒能很好解決，各整流模塊制造廠商和使用方都為此感到是一個難題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是在上述半導(dǎo)體整流模塊基礎(chǔ)上，提供一種使封裝在模塊內(nèi)的硅整流二極管單元的負(fù)溫度特性，從外部看來表現(xiàn)的不那么明顯，而且設(shè)計模塊時，可以調(diào)節(jié)補償特性，得到希望的正或負(fù)的溫度特性。本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題，對整流模塊內(nèi)部的二極管硅芯片的連接銅件，有意設(shè)計成比較大的電阻。連接銅件的結(jié)構(gòu)改為多條細(xì)銅條、增大電阻值，用銅條電阻的正溫度系數(shù)去抵消硅片P-N結(jié)的負(fù)溫度系數(shù)，使整流管單元的溫度特性改良。調(diào)節(jié)多條細(xì)銅條數(shù)量或尺寸，可能獲得具備補償溫度特性的整流模塊。所述連接件的材料也可以采用鋁絲或窄鋁帶，采用超聲焊接方法連接，并對連接材料改變數(shù)量或尺寸對電阻作調(diào)整。經(jīng)過溫度補償?shù)恼髂K可以穩(wěn)定可靠地使用在需要并聯(lián)以獲得大電流的場合， 大大推進(jìn)模塊的并聯(lián)使用領(lǐng)域。并聯(lián)使用整流模塊的好處是模塊的品種可減少，便于生產(chǎn)和使用；模塊的熱量可分散，便于整機設(shè)計；模塊一旦損壞的更換費用可大幅度減低。而且在設(shè)計方法上，對具有整流特性的任何半導(dǎo)體功率器件，例如用于逆變的IGBT、IPM等器件，內(nèi)部都有續(xù)流二極管；如果要適應(yīng)并聯(lián)使用，為了器件之間的電流均衡，都可以利用連接到芯片的銅件電阻正溫度系數(shù)特性，并改進(jìn)連接銅件的結(jié)構(gòu)，使他成為可調(diào)節(jié)的正溫度系數(shù)電阻，它與整流元件串聯(lián)使用，從而獲取器件的溫度補償。


下面結(jié)合附圖和具體實施方式
對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
圖1是普通單橋臂整流模塊的電路原理圖。圖2是本發(fā)明用模塊內(nèi)部連接銅件形成補償電阻后的模塊等效電路原理圖。圖3是普通單橋臂整流模塊作本發(fā)明改進(jìn)后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)立體圖。圖4是整流管在20°C和120°C正向?qū)ㄇ€示意圖。圖5是整流管增加內(nèi)部補償銅電阻后的20°C正向?qū)ㄇ€示意圖。圖6是整流管增加內(nèi)部補償銅電阻后的120°C正向?qū)ㄇ€示意圖。
具體實施例方式圖1是一個普通單橋臂整流模塊的電路原理圖，其中1是交流輸入端，2是直流輸出端，3是直流返回端，Dl和D2是硅整流二極管。其中一個整流二極管Dl在常溫20°C下的正向伏安特性如圖4曲線A。當(dāng)使用一段時間，溫度升高到120°C后，由于硅P-N結(jié)的負(fù)溫度特性，使它的正向特性變?yōu)閳D4曲線B。本發(fā)明的特點是在整流模塊內(nèi)部的二極管硅芯片的連接銅件上，有意設(shè)計成比較
大的電阻。根據(jù)電阻與導(dǎo)體長度、截面積、電阻率的基本公式R = P.，讓連接銅件的結(jié)構(gòu)改
為多條細(xì)銅條，用銅條電阻的正溫度系數(shù)去抵消硅片P-N結(jié)的負(fù)溫度系數(shù)，使整流管單元的溫度特性改良，最終的等效電路如圖2所示。在圖2中，兩個二極管先看一個就可以了，連接銅件的電阻Rl與Dl串聯(lián)，它們在溫度升高后，Rl為正溫度特性、壓降增加；Dl為負(fù)溫度特性，壓降減小。共同作用的結(jié)果，其整流二極管單元的特性隨溫度變化就不那么明顯。調(diào)整Rl的電阻值，可以獲得過補償或欠補償，或者幾乎全補償。過補償后呈現(xiàn)正溫度特性，欠補償后呈現(xiàn)負(fù)溫度特性。圖3是普通單橋臂整流模塊作本發(fā)明改進(jìn)后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)示意，1、2、3同圖1、2的含義一樣，1是交流輸入端，2是直流輸出端，3是直流返回端。硅整流二極管D1、D2圖中用 6、7表不。整流橋內(nèi)部有連接銅件4和5，它們相當(dāng)于圖2中的電阻Rl、R2，以前連接銅件的結(jié)構(gòu)都是用大塊銅件連接的，而現(xiàn)圖中已改為多條細(xì)銅條，用銅條電阻的正溫度系數(shù)去抵消硅片P-N結(jié)的負(fù)溫度系數(shù)，使二極管單元的溫度特性改良。調(diào)節(jié)連接銅件多條細(xì)銅條數(shù)量或尺寸，能實現(xiàn)補償后的各種溫度特性。例如。選用較大的銅電阻可以過補償，出現(xiàn)總體為正溫特性，較小的的銅電阻可以欠補償，出現(xiàn)總體為負(fù)溫特性。上述連接件的材料也可以采用鋁絲或窄鋁帶，采用超聲焊接方法連接，并對連接材料改變數(shù)量或尺寸對電阻作調(diào)整。更為詳細(xì)的分析見圖4、5、6，圖4曲線A表示二極管在20°C時的伏安特性。例如， 圖中100A時管壓降0. 7V，當(dāng)溫度升高后，由于P-N結(jié)的負(fù)溫度特性，變?yōu)榍€B。這時的 100A，管壓降變?yōu)?. 6V，這樣的變化對于二極管并聯(lián)使用不利。本發(fā)明在整流模塊內(nèi)部的二極管硅芯片的連接銅件上，有意增加銅件的電阻。圖 5中①是原來20°C時二極管特性曲線，②是增加的銅電阻曲線，它們的合成曲線是③。例如假定100A時的曲線③總壓降為0. 85V。圖6中，當(dāng)溫度升高到120°C，④是120°C時二極管特性曲線，它因負(fù)溫特性，比20°C時曲線向左移了些；⑤是銅電阻曲線，它因正溫特性，比20°C時曲線向右移了些，它們的合成曲線是⑥。如果配合得好，100A的總壓降還在為0. 85V附近，得到了較好補償。
擴展本發(fā)明的設(shè)計思想，即二極管硅芯片的連接銅件上，有意增加銅件的電阻的方法。對具有整流特性的任何半導(dǎo)體功率器件，例如用于逆變的IGBT、IPM等器件，內(nèi)部都有續(xù)流二極管。如果要適應(yīng)并聯(lián)使用，為了器件之間的電流均衡，都可以采用連接到芯片銅件的電阻正溫度系數(shù)特性，改進(jìn)連接銅件的結(jié)構(gòu)，使他成為可調(diào)節(jié)的正溫度系數(shù)電阻，與整流元件串聯(lián)使用，從而獲取器件的溫度補償。
權(quán)利要求
1.一種良好溫度特性的整流模塊，其特征在于在結(jié)構(gòu)上連接到整流模塊內(nèi)部二極管芯片的連接銅件，有意地設(shè)計成比較大的電阻；連接銅件的結(jié)構(gòu)改為多條細(xì)銅條，用銅條電阻的正溫度系數(shù)去抵消硅片P-N節(jié)的負(fù)溫度系數(shù)，使整流管單元的溫度特性改良，以利于不同批次整流管芯片制成的模塊并聯(lián)使用。
2.根據(jù)權(quán)利要求1一種良好溫度特性的整流模塊，其特征在于調(diào)節(jié)連接銅件多條細(xì)銅條數(shù)量或尺寸，改變電阻值能實現(xiàn)補償后的各種溫度特性；例如，選用較大的銅電阻可以過補償，出現(xiàn)總體為正溫特性；較小的的銅電阻可以欠補償，出現(xiàn)總體為負(fù)溫特性。
3.根據(jù)權(quán)利要求1一種良好溫度特性的整流模塊，其特征在于所述連接件的材料也可以采用鋁絲或窄鋁帶，采用超聲焊接方法連接，并對連接材料改變數(shù)量或尺寸對電阻作調(diào)整。
4.根據(jù)權(quán)利要求1一種良好溫度特性的整流模塊，對具有整流特性的任何半導(dǎo)體功率器件，例如用于逆變的IGBT、IPM等器件，如果要適應(yīng)并聯(lián)使用，為了器件之間的電流均衡， 都可以采用器件內(nèi)部連接到芯片的銅件電阻正溫度系數(shù)特性，改進(jìn)連接銅件的結(jié)構(gòu)，使銅件成為可調(diào)節(jié)的正溫度系數(shù)電阻，與整流元件串聯(lián)使用，從而獲取整流器件的溫度補償。
全文摘要
本發(fā)明涉及半導(dǎo)體整流模塊溫度特性的改善，在整流模塊內(nèi)部的二極管硅芯片的連接銅件上，有意設(shè)計成比較大的電阻。連接銅件的結(jié)構(gòu)改為多條細(xì)銅條，用銅條電阻的正溫度系數(shù)去抵消硅片P-N節(jié)的負(fù)溫度系數(shù)，使整流管的溫度特性改良。調(diào)節(jié)連接銅件多條細(xì)銅條數(shù)量或尺寸，能獲得具備補償溫度特性的整流模塊。這樣的整流模塊可以穩(wěn)定可靠地使用在需要并聯(lián)獲得大電流的場合。
文檔編號H01L23/522GK102237346SQ20101016128
公開日2011年11月9日 申請日期2010年4月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年4月30日
發(fā)明者劉永言 申請人:成都深藍(lán)高新技術(shù)發(fā)展有限公司