CN112687644B - 一种具有低感复合母排结构的集成散热器igbt功率器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，包括：散热器、衬板、PCB电路、端子以及低感复合母排，衬板与所述散热器互联，衬板上布置有所述PCB电路和端子，低感复合母排与所述端子连接；低感复合母排包括：相对设置的半桥IGBT器件的DC+级和半桥IGBT器件的DC‑级、以及设置在半桥IGBT器件的DC+和半桥IGBT器件的DC‑级的一侧的半桥IGBT器件的AC级。本发明集成低感复合母排，IGBT器件更为紧凑，空间占用少，能有效降低器件因连接产生的接触热阻和电阻；低感复合母排设计自由度大，寄生参数较小；由该型器件组装而成的功率组件，空间排布的自由度大，寄生参数也可以减小；杂散电感低，电流路径短，能有效降低芯片所受的应力，有利于提高器件的可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及散热技术领域，特别涉及一种具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件。
背景技术
现有的IGBT模块集成的功率组件结构如图1所示，包括：IGBT功率器件1和复合母排2。图中展示了1个IGBT功率器件1通过螺钉与复合母排2固定连接，该复合母排2使用在由8个IGBT器件组成的集成功率组件中。
复合母排的具体实施方式为，复合母排通过螺丝与几个独立的、按规则排列的IGBT器件的内部端子进行连接。复合母排的C极与E极导电铜层，通常尽量保持形状相近，并尽量靠拢设计。这样，复合母排就实现了汇总IGBT各个端子电流的功能。
如图2所示，其为由6只IGBT功率器件组成的集成功率组件，主要包括：散热器3、复合母排C级(或E级)4、复合母排E级(或C级)5、IGBT功率器件6、复合母排C级(或E级)7，其中复合母排C级(或E级)7的右侧与复合母排C级(或E级)4汇合连接。
然而，现有的复合母排互联结构有以下缺点：
(1)空间占用较大，独立的IGBT模块在一个平面上平铺，考虑电学绝缘等要求，模块之间还需留有一些空隙，会占用较大的空间体积；
(2)组装复杂，组装过程包括：先将各个独立的IGBT器件用螺丝紧固在散热板上，然后用螺丝将复合母排与IGBT器件的内部端子紧固。一个由8个IGBT器件组成的变流器进行以上两个步骤，至少要拧112个螺丝；
(3)杂散参数高，因为不可避免的空间排布规则，导致复合母排的电流路径较长，这导致较大的内阻与寄生电感，不利于电学应用；
针对现有的复合母排互联方式的设计缺点，本发明提出一种新的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件。该结构通过改变传统的IGBT模块结构，将复合母排集成到IGBT器件内部，使变流器的结构更为简单，以解决以上几个问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，对传统的IGBT模块集成的功率组件中的复合母排结构进行了改进。本发明将原变流器中覆盖8只(或6只)IGBT器件的复合母排，改为直接封装到4个(或3个)半桥IGBT器件中，实现了更低的杂散电感，空间占用更小，结构更为紧凑。
为达上述目的，本发明提供一种具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其包括：散热器、衬板、PCB电路、端子以及低感复合母排，焊接有芯片的所述衬板与所述散热器互联，所述衬板上布置有所述PCB电路和端子，所述低感复合母排与所述端子连接；
其中，所述低感复合母排包括：相对设置的半桥IGBT器件的DC+级和半桥IGBT器件的DC-级、以及设置在半桥IGBT器件的DC+和半桥IGBT器件的DC-级的一侧的半桥IGBT器件的AC级。
低感复合母排所形成的半桥电路单元可以在三维空间里进行排列放置，而不像传统的功率组件那样只能在一个平面内进行布局，这为其电路布局提供了更多的灵活性，可以用更短的导线、更少的螺丝紧固件，连接成与之前相同的电路结构，从而降低整个***的内阻与杂散电感。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，所述IGBT功率器件的四周通过管壳与外部隔离。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，所述管壳采用绝缘材料制成。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，整个低感复合母排与衬板被灌封胶以及管壳一同封住。。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，所述衬板通过钎焊或烧结而与所述散热器互联。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，所述低感复合母排通过波峰焊接与端子的上部进行连接。
低感复合母排与端子的连接的方式从传统的螺丝紧固改进为波峰焊接，没有相互覆盖干扰的问题，使各层导电层之间的间距可以更小。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，所述半桥IGBT器件的DC+级和半桥IGBT器件的DC-级的位置能够相互替换。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，多个集成散热器IGBT功率器件能够堆叠放置而形成散热器。
所述结构占用空间少，空间排布的自由度大，能有效降低器件因连接产生的接触热阻和电阻，有效减小***杂散参数，有利于提高器件的可靠性。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，所述PCB电路用于控制开关信号。
所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其中，所述IGBT功率器件能够容纳2个独立IGBT模块的衬板。
本发明所提供的IGBT功率器件，因为底板面积是原来的两倍，可以容纳以前2个独立IGBT模块的衬板数量，最后通过低感复合母排13组成一个半桥电路，可以起到相当于之前8个独立IGBT器件组成的散热器的四分之一的功能。
本发明的有益效果在于：
(1)集成低感复合母排，IGBT器件更为紧凑，空间占用少，能有效降低器件因连接产生的接触热阻和电阻；
(2)低感复合母排设计自由度大，寄生参数较小；
(3)由该型器件组装而成的功率组件，其空间排布的自由度大，整体***的寄生参数也可以减小；
(4)杂散电感低，电流路径短，能有效降低芯片所受的应力，有利于提高器件的可靠性。
附图说明
图1为现有的传统的单独的IGBT模块连接复合母排的结构示意图；
图2为现有的6只IGBT器件与复合母排组成变流器的结构示意图；
图3为根据本发明的单个低杂散电感的复合母排的结构示意图；
图4为根据本发明的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件的结构示意图；
图5为根据本发明的堆叠放置的新型散热器的结构示意图。
具体实施方式
为清楚说明本发明的发明内容，下面结合实施例对本发明进行说明。
在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“水平”、“竖直”、“顶”、“底”等指示的方位或位置关系均为基于附图所示的方位或位置关系，仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
如图3所示，其为单个低杂散电感的复合母排(低感复合母排)的结构示意图，所述低感复合母排主要包括：半桥IGBT器件的DC+级(或DC-级)14、半桥IGBT器件的DC-级(或DC+级)15以及半桥IGBT器件的AC级16，所述半桥IGBT器件的DC+(或DC-级)14和半桥IGBT器件的DC-级(或DC+级)15相对设置在复合母排的相对两侧，而半桥IGBT器件的AC级16设置在半桥IGBT器件的DC+(或DC-级)14和半桥IGBT器件的DC-级(或DC+级)15的一侧，从而形成半桥电路单元。
所述半桥电路单元可以在三维空间里进行排列放置，而不像传统的功率组件那样只能在一个平面内进行布局，这为其电路布局提供了更多的灵活性，可以用更短的导线、更少的螺丝紧固件，连接成与之前相同的电路结构，从而降低整个***的内阻与杂散电感。
再如图4所示，本发明提供一种具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，主要包括：散热器8、衬板9、管壳10、PCB(印刷电路板)电路11、端子12以及低感复合母排13(请见图3)。
其中，焊接有芯片的衬板9与散热器互联。优选地，所述衬板9通过钎焊或烧结而与散热器8互联。此外，所述衬板9上布置有用于控制开关信号的PCB电路11以及通电流的内部端子12。
所述IGBT功率器件的四周通过采用绝缘材料制成的管壳10与外部隔离。
所述低感复合母排13与端子固定连接。优选地，所述低感复合母排13通过波峰焊接与端子12的上部进行焊接，最后整个低感复合母排13与衬板9等被灌封胶与管壳10一同封住，实现外界的隔离。
本发明所提供的IGBT功率器件，因为底板面积是原来的两倍，可以容纳以前2个独立IGBT模块的衬板数量，最后通过低感复合母排13组成一个半桥电路，可以起到相当于之前8个独立IGBT器件组成的散热器的四分之一的功能。
同时，所述半桥电路单元的低感复合母排13，因为衬板9之间的间距较小，可以较为紧凑地布置。低感复合母排13与端子12的连接的方式也从传统的螺丝紧固改进为波峰焊接，没有相互覆盖干扰的问题，使各层导电层之间的间距可以更小。
最后如图5所示，其为图4所示的具有低杂散电感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器堆叠放置而成的新型散热器的结构示意图，该结构占用空间少，空间排布的自由度大，能有效降低器件因连接产生的接触热阻和电阻，有效减小***杂散参数，有利于提高器件的可靠性。
综上所述，本发明的有益效果在于：
(1)集成低感复合母排，IGBT器件更为紧凑，空间占用少，能有效降低器件因连接产生的接触热阻和电阻；
(2)低感复合母排设计自由度大，寄生参数较小；
(3)由该型器件组装而成的功率组件，其空间排布的自由度大，整体***的寄生参数也可以减小；
(4)杂散电感低，电流路径短，能有效降低芯片所受的应力，有利于提高器件的可靠性。
虽然已经参考优选实施例对本发明进行了描述，但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，各个实施例中所提到的各项技术特征均可以任意方式组合起来。本发明并不局限于文中公开的特定实施例，而是包括落入权利要求的范围内的所有技术方案。
Claims (9)
1.一种具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，包括：散热器、衬板、PCB电路、端子以及低感复合母排，焊接有芯片的所述衬板与所述散热器互联，所述衬板上布置有所述PCB电路和端子，所述低感复合母排与所述端子连接；
其中，所述低感复合母排包括：相对设置的半桥IGBT器件的DC+级和半桥IGBT器件的DC-级、以及设置在半桥IGBT器件的DC+和半桥IGBT器件的DC-级的一侧的半桥IGBT器件的AC级；
所述衬板与所述低感复合母排组成一个半桥电路；
多个集成散热器IGBT功率器件能够堆叠放置而形成散热器。
2.根据权利要求1所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，所述IGBT功率器件的四周通过管壳与外部隔离。
3.根据权利要求2所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，所述管壳采用绝缘材料制成。
4.根据权利要求2所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，整个低感复合母排与衬板被灌封胶以及管壳一同封住。
5.根据权利要求1所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，所述衬板通过钎焊或烧结而与所述散热器互联。
6.根据权利要求1所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，所述低感复合母排通过波峰焊接与端子的上部进行连接。
7.根据权利要求1至6中任一项所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，所述半桥IGBT器件的DC+级和半桥IGBT器件的DC-级的位置能够相互替换。
8.根据权利要求1至6中任一项所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，所述PCB电路用于控制开关信号。
9.根据权利要求1至6中任一项所述的具有低感复合母排结构的集成散热器IGBT功率器件，其特征在于，所述IGBT功率器件能够容纳2个独立IGBT模块的衬板。
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