CN103400831B - 一种全压接igbt模块及其装配方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电力半导体器件技术领域的功率器件及其装配方法，具体涉及一种全压接IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块及其装配方法。该IGBT模块包括至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件和PCB板，所述至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件均被压接在PCB板上对应的孔位内，所述PCB板通过PCB板定位块定位，设置于上、下端盖之间；IGBT封装结构为至少一层IGBT组件和二极管组件组合的叠层结构。本发明不用加工凸出电极群，降低加工量，提升加工效率，降低新产品设计成本，同时可降低模块尺寸及重量；整体结构更加简单紧凑、制作和装配更加简便、连接的可靠性更好、散热性能更好。
Description
技术领域
本发明涉及电力半导体器件技术领域的功率器件及其装配方法，具体涉及一种全压接IGBT(绝缘栅双极型晶体管)模块及其装配方法。
背景技术
绝缘栅双极晶体管（IGBT）具有通态压降低、电流容量大、输入阻抗高、响应速度快和控制简单的特点，被广泛用于工业、信息、新能源、医学、交通、军事和航空领域。压接式IGBT可以双面散热，具有优良的散热效果和高可靠性，并且在器件损坏时表现出短路失效模式，因此其被广泛应用在智能电网等领域。
现有技术中，有从业者提出一种压接式IGBT模块（参考图1，未画出弹簧引针和PCB板），即：在模块内部加工有多个凸起的电极，利用定位装置将钼片和芯片等依次装配，然后将其与凸起的电极压接。其中，IGBT芯片的栅极通过弹簧引针引出到PCB上进行互连。采用这种结构后，需要加工矩形电极群，同时内部空间没有得到有效利用，另外IGBT芯片的栅极需通过弹簧引针引出到PCB上，PCB也需要固定，这样使得模块的结构更加复杂，加工制造难度很大，而且在存在震动的环境中弹簧引针连接存在一定风险，有可能导致接触不良，甚至瞬间脱开，这些都有可能造成严重的后果。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明的目的是提供一种整体结构更加简单紧凑、制作和装配更加简便、连接的可靠性更好、散热性能更好的压接式IGBT模块，另一目的是提供一种全功率IGBT模块的装配方法。
本发明的目的是采用下述技术方案实现的：
本发明一种全压接IGBT模块，其改进之处在于，所述IGBT模块包括至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件和PCB板，所述至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件均被压接在PCB板上，所述PCB板根据PCB板定位块设置于器件的上、下端盖之间。
其中，所述全压接IGBT模块为至少一层组合的叠层结构；各层之间通过金属板串联。
其中，每个IGBT组件包括自上而下排列的上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片；所述IGBT组件安装在PCB板凸出极的孔位内。
其中，所述IGBT芯片包括发射极、集电极和栅极；所述发射极、集电极和栅极均通过硬压接方式引出，所述IGBT芯片的集电极通过与其直接接触的上钼片引出，发射极通过与其直接接触的下钼片引出；所述栅极通过PCB板引出。
其中，所述栅极或通过键和引线的方式连接至PCB板。
其中，每个二极管芯片组件包括自上而下排列的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片；所述二极管芯片组件安装在PCB板无凸出极的孔位内。
其中，所述二极管芯片包括正极和负极，所述正极和负极均通过硬压接（硬压接与背景技术里提到的弹簧引针相对应，在震动或有冲击情况下，弹性元件可能与芯片脱离开，形成断路，本发明的硬压接方式没有弹性原件，直接接触，避免震动造成的断路）的方式引出。
其中，所述PCB板包括至少两个孔位且PCB板内部埋有走线，PCB板凸出极下端面设有导电触头；所述导电触头其与PCB板内部走线相连；PCB板的内部走线汇集到PCB板埋线引出端处，并通过外壳上的孔位引到IGBT封装结构外部；
所述PCB板的材料采用绝缘材料，包括有环氧树脂、聚酰亚胺。
其中，所述PCB板通过PCB板定位块定位在下端盖上，所述PCB板定位块的高度小于PCB板。
本发明基于另一目的提供的一种如权利要求1所述的全压接IGBT模块的装配方法，其改进之处在于，所述方法包括下述步骤：
①将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序压入有PCB板凸出极孔位内，再将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序压入无PCB板凸出极孔位内；
②将PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上；
③从PCB板上引出IGBT芯片的栅极线；
④盖上上端盖，进行功率器件的封装压接。
与现有技术比，本发明达到的有益效果是：
1.本发明不用加工凸出电极群，降低加工量，提升加工效率，同时可降低模块尺寸及重量；
2.便于IGBT和二极管自由排布，只需要更改PCB板形状即可（传统型的IGBT和二极管对应电极形状不同），其他各组件可通用，降低新产品设计成本；
3.装配过程简单；
4.真正的全压接，免去弹性组件，提高接触可靠性，进而增强模块长期及恶劣环境下使用的可靠性。
5.整体结构更加简单紧凑、制作和装配更加简便、连接的可靠性更好、散热性能更好。
附图说明
图1是现有技术的压接式IGBT模块，其中：1-上钼片2-芯片3-固定装置4-下钼片5-凸出电极；
图2是本发明提供的全压接IGBT模块的***轴侧图；
图3是本发明提供的全压接IGBT模块的***侧视图；其中：1-PCB板；1.1-PCB板凸出极；1.2-PCB板埋线引出端；2-下端盖；3-PCB板定位块；4-上钼片；5-IGBT芯片；5.1-IGBT芯片栅极；6-下钼片；7-银片；8-外壳；9-上端盖；
图4是本发明提供的PCB板凸出极下端面导电触头示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步的详细说明。
全压接式IGBT模块是多层材料组合的叠层结构，其***轴侧图和***侧视图如图2和图3所示。全压接式IGBT模块包含有多个IGBT组件和多个二极管芯片组件，IGBT组件安装在有PCB板凸出极的孔位内，二极管芯片组件安装在无PCB板凸出极的孔位内，PCB板根据PCB板定位块3设置于全压接式功率器件的上端盖2和下端盖9之间。PCB板定位块的高度小于PCB板。全压接IGBT模块为多层组合的叠层结构；各层之间通过金属板连接。一个PCB板与被压入其孔位内的IGBT组件和二极管组件可以定义为一层结构，一个IGBT器件内部可以有多层这种结构，各层之间通过金属板连接，整体被压接。此时实现了多层结构的串联，可承受更高的电压。
多个IGBT组件和多个二极管芯片组件或均被装入衬套内后，然后将衬套装入PCB板上的相应孔位内。PCB板的材料采用绝缘材料，包括有环氧树脂、聚酰亚胺等。
每个IGBT组件包括自上而下排列的上钼片4、IGBT芯片5、下钼片6和银片7。IGBT芯片包括发射极、集电极和栅极；所述发射极、集电极和栅极均通过硬压接方式引出，所述IGBT芯片的集电极通过与其直接接触的上钼片引出，发射极通过与其直接接触的下钼片引出；栅极通过PCB板引出。栅极或通过键和引线方式（焊接方式）连接至PCB板。
每个二极管芯片组件包括自上而下排列的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片。二极管芯片包括正极和负极，所述正极和负极均通过硬压接的方式引出。硬压接与背景技术里提到的弹簧引针相对应，在震动或有冲击情况下，弹性元件可能与芯片脱离开，形成断路，本发明的硬压接方式没有弹性原件，直接接触，避免震动造成的断路。
图2和图3中只画出了一个IGBT芯片组件，二极管芯片组件叠层顺序与IGBT芯片组件相同。另外还有对IGBT组件及二极管组件起固定和连接作用的PCB板1，其上有多个孔位，有PCB板凸出极1.1的孔位内安装IGBT组件，无凸出极孔位内安装二极管组件。其中PCB板1内部埋有走线，PCB板凸出极1.1下端面有导电触头，其示意图如图4所示，其与PCB板1内部走线相连，便于IGBT上的栅极引出。另外PCB板1内部的走线最后汇集到PCB板埋线引出端1.2处，并通过外壳8上的孔位引到功率器件外部，便于连接。
实施例1
本发明还提供了一种全压接功率器件的装配方法，作为优选实例，PCB板内部埋有走线，引出IGBT芯片的栅极，PCB板同时作为芯片、钼片、和银片的定位装置，然后按照图2和图3所示装配关系进行装配，具体装配步骤如下：
①将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序压入PCB板凸出极的孔位内，同时将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序压入无PCB板凸出极的孔位内；
②将PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上；
③从PCB板上引出IGBT芯片的栅极线；
④盖上上端盖，进行功率器件的封装压接。
实施例2
作为另外一个实例，可以在芯片组件与PCB板之间增加一个衬套（衬套采用耐高温、高电压的绝缘材料），以便于更容易满足定位精度和装配关系，则其装配步骤如下：
<1>将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序装入衬套内；同时将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序装入衬套内；
<2>将装有IGBT组件的衬套装入PCB板凸出极孔位内，将装有二极管组件的衬套压入无PCB板凸出极孔位内；
<3>将经过步骤<2>的PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上；
<4>从PCB板上引出IGBT芯片的栅极线；
<5>盖上上端盖，进行功率器件的封装压接。
需要指出的是，为便于压接，PCB板定位块3的高度须比PCB板1的高度小，具体高度差根据具体设计而定。
最后应当说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制，尽管参照上述实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者等同替换，而未脱离本发明精神和范围的任何修改或者等同替换，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (1)
1.一种装配全压接IGBT模块的方法，其特征在于，所述全压接IGBT模块包括至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件和PCB板，所述至少一个IGBT组件、至少一个二极管芯片组件均被压接在PCB板上，所述PCB板根据PCB板定位块设置于器件的上、下端盖之间；
所述全压接IGBT模块为至少一层组合的叠层结构；各层之间通过金属板串联；
每个IGBT组件包括自上而下排列的上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片；所述IGBT组件安装在有PCB板凸出极的孔位内；
所述IGBT芯片包括发射极、集电极和栅极；所述发射极、集电极和栅极均通过硬压接方式引出，所述IGBT芯片的集电极通过与其直接接触的上钼片引出，发射极通过与其直接接触的下钼片引出；所述栅极通过PCB板引出；
每个二极管芯片组件包括自上而下排列的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片；所述二极管芯片组件安装在无PCB板凸出极的孔位内；
所述二极管芯片包括正极和负极，所述正极和负极均通过硬压接的方式引出；
所述PCB板包括至少两个孔位且PCB板内部埋有走线，PCB板凸出极下端面设有导电触头；所述导电触头其与PCB板内部走线相连；PCB板的内部走线汇集到PCB板埋线引出端处，并通过外壳上的孔位引到IGBT封装结构外部；
所述PCB板的材料采用绝缘材料，包括有环氧树脂、聚酰亚胺；
所述PCB板通过PCB板定位块定位在下端盖上，所述PCB板定位块的高度小于PCB板；
所述方法包括下述步骤：
①将IGBT组件上钼片、IGBT芯片、下钼片和银片顺序压入PCB板凸出极孔位内，再将二极管芯片组件的上钼片、二极管芯片、下钼片和银片顺序压入无PCB板凸出极孔位内；
②将PCB板根据PCB板定位块放置于全压接功率器件的下端盖上；
③从PCB板上引出IGBT芯片的栅极；
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