CN109273421A - Igbt模块 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种IGBT模块，包括底座、导热片、IGBT芯片和壳体，所述导热片一侧与底座相连，IGBT芯片设置于导热片的另一侧，所述导热片与底座或IGBT芯片相邻的侧面上均设有涂层，所述壳体与底座形成密封空间，所属壳体和底座之间设有绝缘油。本发明的有益效果是由于采用上述方案，IGBT模块结构简单、散热效果好，可以支持单颗芯片300A以上电流。

Description

IGBT模块
技术领域
本发明涉及电源技术领域，具体的是一种IGBT模块。
背景技术
IGBT具有高频率、高电压、大电流、易于开关等优良性能，作为大功率高频开关在逆变器、电源变换器中被大量使用，是新能源汽车及工业应用领域(比如高铁、风能、太阳能等)的核心器件。车用框架式IGBT功率模块实现了多个IGBT和二极管晶片并联在一个封装内。通过控制IGBT的开通和关断时间改变电压，从而改变输出电流，改变汽车电机扭矩。
IGBT的应用领域非常广泛，按照电压规格大致分为三个级别，一是600V以下，如数码相机、汽车点火器等；二是600V到1700V，如白色家电、新能源汽车、太阳能逆变器等；三是1700V-6500V或以上，用于智能电网、轨道交通、风力发电等。目前，我国在不同的级别均有一些突破，国产化替代逐步开启。
一般的IGBT模块封装完成后的成品(一下简称成品)，封装是采用铝散热片风冷的方式对芯片进行散热，用环氧树脂对芯片封装成壳体。那种散热效果不好，会导致芯片整体温度升高，由于陶瓷片和铜基板有不同的热膨胀系数，因此温度达到一定高度时，IGBT芯片会崩裂，环氧树脂壳体会因崩裂而脱离基板。导致芯片开裂损坏。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、散热效果好的IGBT模块，可以支持单颗芯片300A以上电流。
本发明的技术方案是：
IGBT模块，包括底座、导热片、IGBT芯片和壳体，所述导热片一侧与底座相连，IGBT芯片设置于导热片的另一侧，所述导热片与底座或IGBT芯片相邻的侧面上均设有涂层，所述壳体与底座形成密封空间，所属壳体和底座之间设有绝缘油。
IGBT芯片，绝缘栅双极型晶体管，是由BJT(双极型三极管)和MOS(绝缘栅型场效应管)组成的复合全控型电压驱动式功率半导体器件；IGBT模块是由IGBT(绝缘栅双极型晶体管芯片)与FWD(续流二极管芯片)通过特定的电路桥接封装而成的模块化半导体产品；封装后的IGBT模块直接应用于变频器、UPS不间断电源等设备上。
本发明中，IGBT的功能部件被封装于壳体和底座组成的密封腔体内，并在腔体内的注入绝缘油，相对于现有技术中“风冷”的散热模式，绝缘油可以将热量从IGBT芯片高效的传导至壳体，通过面积较大的壳体向外散热，并且，绝缘油的散热模式使IGBT模块整体的温度均匀。
此外，绝缘油将IGBT芯片完全包覆，使IGBT芯片与空气隔绝，防止氧化，有效延长IGBT寿命。
所述导热片为氧化铝陶瓷片。
所述氧化铝陶瓷片的厚度为0.5-2mm，优选的所述氧化铝陶瓷片的厚度为1mm。
所述氧化铝陶瓷片中氧化铝的含量为92-98％，优选的，所述氧化铝陶瓷片中氧化铝的含量为96％。
本发明在IGBT芯片和底座之间设置有氧化铝陶瓷片，上述结构特点的陶瓷片的导热系数为24W/M.K，导热效率高，受热均匀，散热快。
铜的膨胀系数为17.7×10-6米/℃，上述结构的陶瓷片在25-300℃的膨胀系数为6.7×10-6米/℃，陶瓷片在IGBT芯片和底座之间起到过度作用，防止IGBT芯片和底座的膨胀系数不同，使IGBT芯片崩裂。同时，由于有绝缘油的导热效果，陶瓷片相对于底座，在防止由于膨胀系数不同而导致的陶瓷片崩裂的问题方面，也有极大的改善效果。
优选的，所述绝缘油的倾点为-45℃。
所述底座和壳体均为金属材质。
所述底座和壳体为铜材质，相对于传统的环氧树脂的壳体，金属类的壳体导热效果更好，选用铜材质的壳体，使壳体的铸造和打磨性能更加优良。
本发明的生产过程中，壳体上留有注油孔，将壳体与底座之间密封连接后，向壳体内注入绝缘油，然后用锡焊料将注油孔封住。
优选的，所述涂层为铜材质。IGBT芯片是采用锡焊接的方式焊接于导热片上的，导热片也是通过锡焊接的方式固定于底座上的，导热片的材质与常用的锡焊料不亲和，导热片两侧通过真空离子溅射镀膜形成铜涂层，有助于加工生产，提高产品的稳定性。
优选的，所述涂层的厚度为5-20μm。
本发明具有的优点和积极效果是：由于采用上述技术方案，IGBT模块散热效果好，寿命长。
附图说明
图1是本发明的结构示意图示意图
图中：
1、底座 2、焊料 3、涂层
4、导热片 5、IGBT芯片 6、壳体
7、绝缘油
具体实施方式
如图1所示，本发明一种IGBT模块，
包括底座1、导热片4、IGBT芯片5和壳体6，所述导热片4一侧与底座1通过焊料2焊接，IGBT芯片5通过焊料2固定于导热片4的另一侧，所述导热片4与底座1或IGBT芯片5相邻的侧面上均设有涂层3，所述壳体6与底座1形成密封空间，所属壳体6和底座1之间设有绝缘油7。
所述导热片4为氧化铝陶瓷片。
所述氧化铝陶瓷片的厚度为1mm。
所述氧化铝陶瓷片中氧化铝的含量为96％。
所述绝缘油的倾点为-45℃。
所述底座和壳体均为金属材质。
所述底座1和壳体6为铜材质。
所述涂层3为铜材质。
本实例的生产过程：壳体6上留有注油孔，将壳体6与底座1之间密封连接后，向壳体6内注入绝缘油7，然后用锡焊料将注油孔封住。
以上对本发明的一个实施例进行了详细说明，但所述内容仅为本发明的较佳实施例，不能被认为用于限定本发明的实施范围。凡依本发明申请范围所作的均等变化与改进等，均应仍归属于本发明的专利涵盖范围之内。

Claims (8)

1.IGBT模块，其特征在于：包括底座、导热片、IGBT芯片和壳体，所述导热片一侧与底座相连，IGBT芯片设置于导热片的另一侧，所述导热片与底座或IGBT芯片相邻的侧面上均设有涂层，所述壳体与底座形成密封空间，所属壳体和底座之间设有绝缘油。
2.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述导热片为氧化铝陶瓷片。
3.根据权利要求2所述的IGBT模块，其特征在于：所述氧化铝陶瓷片的厚度为0.5-2mm。
4.根据权利要求3所述的IGBT模块，其特征在于：所述氧化铝陶瓷片中氧化铝的含量为92-98％。
5.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述绝缘油的倾点为-45℃。
6.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述底座和壳体均为金属材质。
7.根据权利要求6所述的IGBT模块，其特征在于：所述底座和壳体为铜材质。
8.根据权利要求1所述的IGBT模块，其特征在于：所述涂层为铜材质。
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Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1197566A (ja) * 1997-09-22 1999-04-09 Hitachi Ltd 絶縁基板及びそれを用いた電力用半導体モジュール
CN1219767A (zh) * 1997-12-08 1999-06-16 东芝株式会社 半导体功率器件的封装及其组装方法
JP2008098584A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置
CN204792789U (zh) * 2015-07-10 2015-11-18 青岛航天半导体研究所有限公司 一种功率驱动器
JP2016181536A (ja) * 2015-03-23 2016-10-13 住友ベークライト株式会社 パワー半導体装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH1197566A (ja) * 1997-09-22 1999-04-09 Hitachi Ltd 絶縁基板及びそれを用いた電力用半導体モジュール
CN1219767A (zh) * 1997-12-08 1999-06-16 东芝株式会社 半导体功率器件的封装及其组装方法
JP2008098584A (ja) * 2006-10-16 2008-04-24 Fuji Electric Device Technology Co Ltd 半導体装置
JP2016181536A (ja) * 2015-03-23 2016-10-13 住友ベークライト株式会社 パワー半導体装置
CN204792789U (zh) * 2015-07-10 2015-11-18 青岛航天半导体研究所有限公司 一种功率驱动器

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