[实用新型]铝基覆铜箔板制作主导热面的低热阻桥式整流器

说明书

本发明涉及一种低热阻桥式整流器的制造技术，属于国家重点支持的新型电力电子器件技术领域。

额定电流容量5～100A的桥式整流器，主要包括：单相全波桥式整流器、单相全波半控桥式整流器、三相全波桥式整流器、三相全波半控桥式整流器等，是电力电子技术的支柱产品，广泛用于各种交直流转换电路中。椐不完全统计，每年国内市场需求量约2亿只，出口外销量约1亿只。

传统桥式整流器的结构制造工艺，是将若干只(常见为4～6只)整流芯片或可控芯片，按照桥式整流电路的功能要求焊接组合，装入金属(常用铝)盒内，灌、填绝缘密封材料，保证通电部分与外壳之间呈绝缘状态，再经老化测试即成为产品。其金属外壳的平整底面是桥式整流器的主导热面，所谓“主导热面”，是指产品与外接散热器可以紧密接触的平面。产品90％以上的热量通过主导热面流向外接散热器，保证了内部芯片的温度不高于芯片的额定结温，产品即可连续安全工作。传统桥式整流器的典型结构如说明书附图1所示。

桥式整流器中的芯片，通过电流时由于二端的存在电压降会产生热量。每只芯片产生的热量值，近似等于通过电流的平均值乘以压降值。以额定输出电流为50A的单相桥式整流器为例，每只整流芯片压降以1.1V计算，输出电流每个半波均轮流流过二只芯片，所以，四只整流芯片上产生的总热量为：

50A×1.1V×2＝110W    …………(式1)

说明书附图1所示产品的总热阻，是芯片到主导热面金属外壳之间的热阻，称为“结壳总热阻”，常以字母“Rjc”表示。其值与产品的结构、所使用材料的导热系数和材料的几何形状、尺寸有关。解剖具有说明书附图1所示结构的某全波整流桥式整流器产品为例，得到如下数椐；其主导热面为铝壳的底面，成正方形，边长28mm，其下电极平行相对铝壳底面的可散热的总面积为300mm²，电极与铝壳底部之间平行距离为0.65mm，充满用以绝缘导热的环氧树脂。取常用环氧树脂的导热系数为0.4W/mk，椐此可计算得所述桥式整流器的芯片PN结到主导热面之间的所谓“结壳总热阻”为：

Rjc＝0.65×10^‑3m/(300×10^‑6m²×0.4W/m k)＝5.4度/W    …………(式2)

上例桥式整流器输出50A的电流时，引入(式1)、(式2)数椐，所述桥式整流器的芯片与桥式整流器主导热面之间温差即为：

(5.4度/W)×110W＝594度    …………(式3)

如此，上例桥式整流器芯片温度将急剧升高，远远超出现行整流芯片额定结温150度，产品将在很短时间内烧毁。

反之，按现行整流芯片额定结温150度，设定桥式整流器的主导热面额定温度100度，引入(式1)数椐，从理论上可计算得50A单相全波桥式整流器的结壳总热阻的理论值应满足：

反之，按现行整流芯片额定结温150度，设定桥式整流器的主导热面额定温度100度，引入(式1)数椐，从理论上可计算得50A单相全波桥式整流器的结壳总热阻的理论值应满足：

(150‑100)度/110W＝0.4545度/W    …………(式4)

(式2)的热阻实际解剖值“5.4度/W”是(式4)的热阻理论要求值“0.4545度/W”的10倍以上，显然，上例实例产品不能通过50A电流，按发热安全系数为1计算，也只能勉强通过5A的工作电流。将其可通过的电流值与主导热平面面积的比值定义为“主导热面工作电流密度”，上例值为：

5A/(2.8cm×2.8cm)＝0.638A/cm²    …………(式5)

(式5)的主导热面工作电流密度值很小。如按此值设计额定电流为50A的桥式整流器，其主导热面积要达到78cm²；额定电流为100A的桥式整流器，其主导热面积要达到156cm²。主导热面积面积与相应的产品体积都过大。

经上述分析可知，改进我国传统桥式整流器的工艺结构，已是迫在眉睫的问题。改进的主要技术关键，就是要降低产品的结壳总热阻，增加“主导热面工作电流密度”，提高产品的电流容量，减小产品体积和材料消耗，向国家倡导的“高性能、大容量、小型化、低消耗”方向发展。

本发明提供一种降低桥式整流器结壳总热阻的制造技术，使用新型材料“铝基覆铜箔板”制作主导热面，生产出一种低热阻桥式整流器，可以满足上述技术要求。