CN115635031A - 一种平板压接式igbt多台架陶瓷管壳的制造模具及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开的属于电力电子产品制造技术领域，具体为一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具及方法，包括IGBT多台架陶瓷管壳，IGBT多台架陶瓷管壳包括发射极圆盘以及分布于发射极圆盘顶端的分立式发射极台架，本发明通过锻压或浇筑替代耗时的机加电极加工，由锻压完成发射极圆上多个分立式发射极台架的形成，而机加只需要简单的切削完成尺寸的精度，同时机加替代研磨，精简工序，节约耗材，减少了研磨砂的使用，也就减少了固废的产生，工艺路线是采购铜棒→锯料→锻压\浇筑→退火→机加精修尺寸→焊接→电镀→检验，锻压所用的材料体积是普通车削的2/3，节约了材料成本，提高了加工的效率。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子产品制造技术领域，具体为一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具及方法。
背景技术
作为新型功率半导体器件的主流器件，IGBT已广泛应用与工业、4C(通信、计算机、消费电子、汽车电子)、航空航天、国防军工等传统产业领域，以及轨道交通、新能源、智能电网、新能源汽车等战略性新兴产业领域。目前平板压接式IGBT经过几年的发展已经广泛应用到电压4500V电流3000A的高压领域，主要用于柔性高压直流输电，全球年需求量已经达到近10万件/年。行业内需要攻克方向已经从保证性能参数的技术领域转换到主攻高效量产、节约成品。
现有的平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的量产能力瓶颈在于机加工，常规的工艺路线是采购铜棒→锯料→车加工→机加精雕台架(加工中心)→研磨→焊接→电镀→检验。业内一个可安装44个芯片的多台架电极(8mm深度)的加工时间是60分钟，而解决产能问题的唯一办法就是多购置加工中心设备，这肯定有悖于节能减排，提高效率的政策。
为此，我们发明一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具及方法。
发明内容
鉴于上述和/或现有一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具及方法中存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明的目的是提供一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具及方法，能够解决上述提出的现有问题。
为解决上述技术问题，根据本发明的一个方面，本发明提供了如下技术方案：
一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其包括：IGBT多台架陶瓷管壳，IGBT多台架陶瓷管壳包括发射极圆盘以及分布于发射极圆盘顶端的分立式发射极台架，还包括用于制造发射极圆盘以及分布于发射极圆盘顶端的分立式发射极台架的制造模具；
制造模具包括：
支撑板，支撑板顶端固定连接有下模具；
顶板，顶板位于支撑杆的上方，顶板底端固定连接有上模具；
升降气缸，升降气缸的顶端与顶板底端固定连接，其底端与支撑板的顶端固定连接。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：所述下模具的顶部中端开设有成型槽一，上模具的底部中端开设有与成型槽一相对应的成型槽二，成型槽二的顶端开设有用于对分立式发射极台架进行定型的成型槽三。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：所述上模具的成型槽一的内壁开设有安装槽，安装槽设为环形。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：所述上模具的底端内侧开设有环形槽，并位于环形的安装槽的外侧。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：环形的所述安装槽内壁安装有环形的导热板，环形的导热板的外侧固定连接有导热杆，导热杆远离导热板一端延伸至环形槽内固定连接有环形散热片，用于增大散热面积，提高冷却成型效率。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：所述环形槽的两端均开设有传输通槽，两组传输通槽中一组为冷却水输入通道，另一组为冷却水输出通道，用于注入冷却水与环形散热片进行换热，提高冷却成型的速度。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：所述下模具顶端开设的成型槽一内壁底端开设有连接通道，所述支撑板上开设有安装通道。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：所述安装通道内壁滑动连接有传输管二，传输管二靠近连接通道一端顶部开设有与连接通道相对应的输出端。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具的一种优选方案，其中：所述连接通道内壁安装有传输管一，传输管一外壁与连接通道内壁螺纹连接，传输管一底部输入端与传输管二的输出端内壁螺纹连接并相通。
作为本发明所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造方法的一种优选方案，其中：还包括如下制造步骤：
S1：制造发射极圆盘、分立式发射极台架，制造方法有A、B两种：
A1：加热的铜金属材料放置于下模具顶端的成型槽一内，同时将用于冷却水输入的传输通道与水泵连接，将水泵与制冷的冷却水箱输出端连接，将用于冷却水换热后导出的第二组传输通道与冷却水回收箱的输入端连接；
A2：控制3000t的液压升降气缸带动顶板以及顶板底端的上模具下降，对加热的铜材料进行锻压，可以通过成型槽三直接制造出机加最耗时的电极上的多个分立式发射极台架，提高加工效率；
A3：通过加热的铜材料的热量通过环形的导热板以及导热杆将热量传输至环形散热片，环形散热片的热量与环形槽内流通的冷却水换热，避免加热的铜材料受锻压黏在成型槽二、成型槽三内，提高后续的脱模效率，锻压结束后，将成型的发射极圆盘、分立式发射极台架取出：
B1：将传输管二外壁沿着安装通道内壁***，并使得输出端与连接通道对应后，将传输管一通过连接通道***，其底端输入端与传输管二的输出端内壁螺纹连接并相通；
B2：控制升降气缸带动顶板、上模具下降，使得上模具底端与下模具的底端贴合，使得成型槽一、成型槽二、成型槽三形成一个密闭的空间；
B3：将用于冷却水输入的传输通道与水泵连接，将水泵与制冷的冷却水箱输出端连接，将用于冷却水换热后导出的第二组传输通道与冷却水回收箱的输入端连接；
B4：将熔化的液态铜金属通过传输管二导入，再由传输管一传输至成型槽一、成型槽二、成型槽三形成的密闭空间内，热量通过环形的导热板以及导热杆将热量传输至环形散热片，环形散热片的热量与环形槽内流通的冷却水换热，提高液态铜金属凝固的成型的速度，待其成型后，控制升降气缸带动顶板、上模具上升，将成型后的发射极圆盘、分立式发射极台架取出。
S2：对取出的发射极圆盘、分立式发射极台架组成的台架进行退火，退火的目的是为了释放锻压产生的加工应力，是材料软化，而便于后续的机加工更容易实现平面度＜0.008mm的要求，对于TU1无氧铜材料只需要500℃的温度就可实现材料的软化，退火工艺参数：500℃氢氮混合保护气体下，保温20分钟；
S3：机加，机加需要2道工序，第一道机加完成定位孔面的直径和台架高度、定位孔、平面度等尺寸，第二道机加以第一道的面作为基准面对锻压出的台架进行尺寸精修、台架底部的精修和其他尺寸的完成，第二道机加的难点在于台架的定位，需要辅助多台架定位装置，以锻压成型的台架位置定位，才能实现尺寸的精修，通过前道的退火之后，材料的应力已经达到了释放，而机加的切削余量又小，几乎不产生加工应力，因此通过机加就可以实现平面度0.008mm的要求，替代研磨。
与现有技术相比：
通过锻压或浇筑替代耗时的机加电极加工，由锻压完成发射极圆上多个分立式发射极台架的形成，而机加只需要简单的切削完成尺寸的精度，同时机加替代研磨，精简工序，节约耗材，减少了研磨砂的使用，也就减少了固废的产生，工艺路线是采购铜棒→锯料→锻压\浇筑→退火→机加精修尺寸→焊接→电镀→检验，锻压所用的材料体积是普通车削的2/3，节约了材料成本，提高了加工的效率。
附图说明
图1为本发明板压接式IGBT多台架陶瓷管壳主视图；
图2为本发明板压接式IGBT多台架陶瓷管壳剖视图；
图3为本发明发射极圆盘、分立式发射极台架主视图；
图4为本发明图3的俯视图；
图5为本发明制造模具主视图；
图6为本发明上模具主视图；
图7为本发明下模具主视图；
图8为本发明图6的正视图；
图9为本发明图7的正视图；
图10为本发明图9中C-C区域剖视图；
图11为本发明图8的剖视图；
图12为本发明导热板、导热杆、环形散热片连接主视图。
图中：发射极法兰1、栅极引出端2、发射极圆盘3、分立式发射极台架4、瓷环5、陶瓷底座6、上盖7、集电极法兰圆盘8、支撑板9、顶板10、上模具11、下模具12、升降气缸13、成型槽一14、成型槽二15、成型槽三16、环形安装槽17、导热板18、导热杆19、环形散热片20、环形槽21、传输通道22、连接通道23、安装通道24、传输管一25、传输管二26。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的实施方式作进一步地详细描述。
实施例一：
本发明提供一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具及方法，具有提高加工效率，节约材料成本的优点，请参阅图1-12，包括一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其包括：IGBT多台架陶瓷管壳，IGBT多台架陶瓷管壳包括发射极圆盘3以及分布于发射极圆盘3顶端的分立式发射极台架4，还包括用于制造发射极圆盘3以及分布于发射极圆盘3顶端的分立式发射极台架4的制造模具；
制造模具包括：支撑板9，支撑板9顶端固定连接有下模具12；顶板10，顶板10位于支撑杆9的上方，顶板10底端固定连接有上模具11；以及升降气缸13，升降气缸13的顶端与顶板10底端固定连接，其底端与支撑板9的顶端固定连接。
下模具12的顶部中端开设有成型槽一14，上模具11的底部中端开设有与成型槽一14相对应的成型槽二15，成型槽二15的顶端开设有用于对分立式发射极台架4进行定型的成型槽三16。
上模具11的成型槽一14的内壁开设有安装槽17，安装槽17设为环形，上模具11的底端内侧开设有环形槽21，并位于环形的安装槽17的外侧，环形的安装槽17内壁安装有环形的导热板18，环形的导热板18的外侧固定连接有导热杆19，导热杆19远离导热板18一端延伸至环形槽21内固定连接有环形散热片20，用于增大散热面积，提高冷却成型效率，环形槽21的两端均开设有传输通槽22，两组传输通槽22中一组为冷却水输入通道，另一组为冷却水输出通道，用于注入冷却水与环形散热片20进行换热，提高冷却成型的速度。
在具体使用时：
S1：制造发射极圆盘3、分立式发射极台架4，制造方法有A：
A1：加热的铜金属材料放置于下模具12顶端的成型槽一14内，同时将用于冷却水输入的传输通槽22与水泵连接，将水泵与制冷的冷却水箱输出端连接，将用于冷却水换热后导出的第二组传输通道22与冷却水回收箱的输入端连接；
A2：控制300t的液压升降气缸13带动顶板10以及顶板10底端的上模具11下降，对加热的铜材料进行锻压，可以通过成型槽三16直接制造出机加最耗时的电极上的多个分立式发射极台架4，提高加工效率；
A3：通过加热的铜材料的热量通过环形的导热板18以及导热杆19将热量传输至环形散热片20，环形散热片20的热量与环形槽21内流通的冷却水换热，避免加热的铜材料受锻压黏在成型槽二15、成型槽三16内，提高后续的脱模效率，锻压结束后，将成型的发射极圆盘3、分立式发射极台架4取出；
S2：对取出的发射极圆盘3、分立式发射极台架4组成的台架进行退火，退火的目的是为了释放锻压产生的加工应力，是材料软化，而便于后续的机加工更容易实现平面度＜0.008mm的要求，对于TU1无氧铜材料只需要500℃的温度就可实现材料的软化，退火工艺参数：500℃氢氮混合保护气体下，保温20分钟；
S3：机加，机加需要2道工序，第一道机加完成定位孔面的直径和台架高度、定位孔、平面度等尺寸，第二道机加以第一道的面作为基准面对锻压出的台架进行尺寸精修、台架底部的精修和其他尺寸的完成，第二道机加的难点在于台架的定位，需要辅助多台架定位装置，以锻压成型的台架位置定位，才能实现尺寸的精修，通过前道的退火之后，材料的应力已经达到了释放，而机加的切削余量又小，几乎不产生加工应力，因此通过机加就可以实现平面度0.008mm的要求，替代研磨。
将制造加工成的发射极圆盘3、分立式发射极台架4组成的台架，与发射极法兰1、栅极引出端2、瓷环5、陶瓷底座6、上盖7、集电极法兰圆盘8组合焊接制成平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳。
实施例二：
下模具12顶端开设的成型槽一14内壁底端开设有连接通道23，支撑板9上开设有安装通道24，安装通道24内壁滑动连接有传输管二26，传输管二26靠近连接通道23一端顶部开设有与连接通道23相对应的输出端，连接通道23内壁安装有传输管一25，传输管一25外壁与连接通道23内壁螺纹连接，传输管一25底部输入端与传输管二26的输出端内壁螺纹连接并相通。
在具体使用时，
S1：制造发射极圆盘3、分立式发射极台架4，制造方法有B：
B1：将传输管二26外壁沿着安装通道24内壁***，并使得输出端与连接通道23对应后，将传输管一25通过连接通道23***，其底端输入端与传输管二26的输出端内壁螺纹连接并相通；
B2：控制升降气缸13带动顶板10、上模具11下降，使得上模具11底端与下模具12的底端贴合，使得成型槽一14、成型槽二15、成型槽三16形成一个密闭的空间；
B3：将用于冷却水输入的传输通槽22与水泵连接，将水泵与制冷的冷却水箱输出端连接，将用于冷却水换热后导出的第二组传输通道22与冷却水回收箱的输入端连接；
B4：将熔化的液态铜金属通过传输管二26导入，再由传输管一25传输至成型槽一14、成型槽二15、成型槽三16形成的密闭空间内，热量通过环形的导热板18以及导热杆19将热量传输至环形散热片20，环形散热片20的热量与环形槽21内流通的冷却水换热，提高液态铜金属凝固的成型的速度，待其成型后，控制升降气缸13带动顶板10、上模具11上升，将成型后的发射极圆盘3、分立式发射极台架4取出。
虽然在上文中已经参考实施方式对本发明进行了描述，然而在不脱离本发明的范围的情况下，可以对其进行各种改进并且可以用等效物替换其中的部件。尤其是，只要不存在结构冲突，本发明所披露的实施方式中的各项特征均可通过任意方式相互结合起来使用，在本说明书中未对这些组合的情况进行穷举性的描述仅仅是出于省略篇幅和节约资源的考虑。因此，本发明并不局限于文中公开的特定实施方式，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (10)
1.一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳制造模具，包括IGBT多台架陶瓷管壳，IGBT多台架陶瓷管壳包括发射极圆盘(3)以及分布于发射极圆盘(3)顶端的分立式发射极台架(4)，其特征在于：还包括用于制造发射极圆盘(3)以及分布于发射极圆盘(3)顶端的分立式发射极台架(4)的制造模具；
制造模具包括：
支撑板(9)，支撑板(9)顶端固定连接有下模具(12)；
顶板(10)，顶板(10)位于支撑杆(9)的上方，顶板(10)底端固定连接有上模具(11)；以及
升降气缸(13)，升降气缸(13)的顶端与顶板(10)底端固定连接，其底端与支撑板(9)的顶端固定连接。
2.根据权利要求1所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，所述下模具(12)的顶部中端开设有成型槽一(14)，上模具(11)的底部中端开设有与成型槽一(14)相对应的成型槽二(15)，成型槽二(15)的顶端开设有用于对分立式发射极台架(4)进行定型的成型槽三(16)。
3.根据权利要求2所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，所述上模具(11)的成型槽一(14)的内壁开设有安装槽(17)，安装槽(17)设为环形。
4.根据权利要求3所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，所述上模具(11)的底端内侧开设有环形槽(21)，并位于环形的安装槽(17)的外侧。
5.根据权利要求3所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，环形的所述安装槽(17)内壁安装有环形的导热板(18)，环形的导热板(18)的外侧固定连接有导热杆(19)，导热杆(19)远离导热板(18)一端延伸至环形槽(21)内固定连接有环形散热片(20)，用于增大散热面积，提高冷却成型效率。
6.根据权利要求5所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，所述环形槽(21)的两端均开设有传输通槽(22)，两组传输通槽(22)中一组为冷却水输入通道，另一组为冷却水输出通道，用于注入冷却水与环形散热片(20)进行换热，提高冷却成型的速度。
7.根据权利要求2所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，所述下模具(12)顶端开设的成型槽一(14)内壁底端开设有连接通道(23)，所述支撑板(9)上开设有安装通道(24)。
8.根据权利要求7所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，所述安装通道(24)内壁滑动连接有传输管二(26)，传输管二(26)靠近连接通道(23)一端顶部开设有与连接通道(23)相对应的输出端。
9.根据权利要求8所述的一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造模具，其特征在于，所述连接通道(23)内壁安装有传输管一(25)，传输管一(25)外壁与连接通道(23)内壁螺纹连接，传输管一(25)底部输入端与传输管二(26)的输出端内壁螺纹连接并相通。
10.一种平板压接式IGBT多台架陶瓷管壳的制造方法，其特征在于，还包括如下制造步骤：
S1：制造发射极圆盘(3)、分立式发射极台架(4)，制造方法有A、B两种：
A1：加热的铜金属材料放置于下模具(12)顶端的成型槽一(14)内，同时将用于冷却水输入的传输通槽(22)与水泵连接，将水泵与制冷的冷却水箱输出端连接，将用于冷却水换热后导出的第二组传输通道(22)与冷却水回收箱的输入端连接；
A2：控制3000t的液压升降气缸(13)带动顶板(10)以及顶板(10)底端的上模具(11)下降，对加热的铜材料进行锻压，可以通过成型槽三(16)直接制造出机加最耗时的电极上的多个分立式发射极台架(4)，提高加工效率；
A3：通过加热的铜材料的热量通过环形的导热板(18)以及导热杆(19)将热量传输至环形散热片(20)，环形散热片(20)的热量与环形槽(21)内流通的冷却水换热，避免加热的铜材料受锻压黏在成型槽二(15)、成型槽三(16)内，提高后续的脱模效率，锻压结束后，将成型的发射极圆盘(3)、分立式发射极台架(4)取出：
B1：将传输管二(26)外壁沿着安装通道(24)内壁***，并使得输出端与连接通道(23)对应后，将传输管一(25)通过连接通道(23)***，其底端输入端与传输管二(26)的输出端内壁螺纹连接并相通；
B2：控制升降气缸(13)带动顶板(10)、上模具(11)下降，使得上模具(11)底端与下模具(12)的底端贴合，使得成型槽一(14)、成型槽二(15)、成型槽三(16)形成一个密闭的空间；
B3：将用于冷却水输入的传输通槽(22)与水泵连接，将水泵与制冷的冷却水箱输出端连接，将用于冷却水换热后导出的第二组传输通道(22)与冷却水回收箱的输入端连接；
B4：将融化的液态铜金属通过传输管二(26)导入，再由传输管一(25)传输至成型槽一(14)、成型槽二(15)、成型槽三(16)形成的密闭空间内，热量通过环形的导热板(18)以及导热杆(19)将热量传输至环形散热片(20)，环形散热片(20)的热量与环形槽(21)内流通的冷却水换热，提高液态铜金属凝固的成型的速度，待其成型后，控制升降气缸(13)带动顶板(10)、上模具(11)上升，将成型后的发射极圆盘(3)、分立式发射极台架(4)取出。
S2：对取出的发射极圆盘(3)、分立式发射极台架(4)组成的台架进行退火，退火的目的是为了释放锻压产生的加工应力，是材料软化，而便于后续的机加工更容易实现平面度＜0.008mm的要求，对于TU1无氧铜材料只需要500℃的温度就可实现材料的软化，退火工艺参数：500℃氢氮混合保护气体下，保温20分钟；
S3：机加，机加需要2道工序，第一道机加完成定位孔面的直径和台架高度、定位孔、平面度等尺寸，第二道机加以第一道的面作为基准面对锻压出的台架进行尺寸精修、台架底部的精修和其他尺寸的完成，第二道机加的难点在于台架的定位，需要辅助多台架定位装置，以锻压成型的台架位置定位，才能实现尺寸的精修，通过前道的退火之后，材料的应力已经达到了释放，而机加的切削余量又小，几乎不产生加工应力，因此通过机加就可以实现平面度0.008mm的要求，替代研磨。
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| CN201682727U (zh) * | 2010-04-29 | 2010-12-22 | 创宇科技工业股份有限公司 | 散热器及其成型模具 |
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2022
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